安徽工业大学 电气与信息工程学院, 马鞍山 243000
为了提高柔性机器人抓握传感中掌心表面的重构精度,本文基于COMSOL仿真,在436 mm×436 mm×2 mm聚丙烯板上,采用7只经聚二甲基硅氧烷(PDMS)封装的光纤光栅(FBG)柔性传感器,选取环形布设的方式,在板末端中心与两角分别受力的情况下,使用光纤光栅解调仪采集实验中的传感器数据,并通过三次样条插值法进行连续化。设定数个平面Y与拟合圆环相交,计算过点函数获得三维曲面点集,实现了空间曲面的拟合可视化显示。在曲面末端中心受力时,板末端位移最小相对误差为0.549%,最大相对误差为8.300%,最小绝对误差为0.051 cm,最大绝对误差为1.255 cm,板末端两角受力时,板面重构末端位移最小相对误差为2.546%,最大相对误差为14.289%,最小绝对误差为0.005 cm,最大绝对误差为0.729 cm。实验结果为柔性机器人掌心抓握传感提供了应用基础。
曲率插值 曲面拟合 FBG 环形布设 曲率标定 curvature interpolation surface fitting FBG ring arrangement curvature calibration
1 中北大学 信息与通信工程学院,山西 太原 030051
2 中北大学 山西省光电信息与仪器工程技术研究中心,山西 太原 030051
3 中北大学 前沿交叉科学研究院,山西 太原 030051
激光告警系统通过提取来袭激光的相关参数进行告警定位,其角度定位精度直接与战场生存能力相关。为了有效提高激光告警系统的角度定位精度,基于光栅衍射型激光告警原理,提出一种高精度测量来袭激光参数的算法。对激光告警系统进行标定,用高斯拟合法精确提取出衍射光斑标定图片的0级光斑中心,将来袭激光角度与对应角度的光斑中心进行拟合,根据拟合结果确定任意角度的光斑衍射图像对应的来袭激光角度参数。实验结果表明,方位角测量误差优于0.29°,俯仰角测量误差优于0.38°。该算法有效提高了激光告警系统的测算精度。
激光告警 参数提取 高斯拟合法 曲面拟合 laser alarm parameter extraction Gaussian fitting surface fitting
光子学报
2022, 51(12): 1212006
1 北京航空航天大学 仪器科学与光电工程学院,北京 100191
2 北京紫光展锐通信技术有限公司,北京 100191
研究了杂散光干扰下星敏感器星点提取问题。在杂散光干扰下,星点提取的效果会变差,这会使解算的姿态不准确和不可靠。为了抵抗杂散光干扰,提出了一种基于最优背景估计的抗杂散光星点提取方法。首先,分析了杂散光在星敏感器中的成像特点,构建了杂散光的具有闭合解的曲面模型;然后,设计了基于最优曲面的杂散光背景估计方法和星点提取方法;最后,采用仿真的杂散光图像和星敏感器采集的杂散光图像验证了算法的性能。实验结果表明:该方法得到的星点检测率、误检率和质心定位精度均优于现有基于背景和形态学的方法,该方法对杂散光有较好的抑制能力。
星敏感器 抗杂散光 最优背景估计 曲面拟合 星点提取 star sensor anti stray light optimal background estimation surface fitting star spot extraction 红外与激光工程
2022, 51(8): 20210780
1 长春光华学院,吉林 长春 130033
2 吉林师范大学,吉林 四平 136000
激光扫描建模中通常采用一次匹配技术,但是室外三维景观处于三维环境下,一次匹配会导致大量激光点云数据特征丢失,导致室外景观三维建模效果差。提出基于二次匹配技术的室外景观三维激光建模方法。首先,在三维激光扫描技术中引入SFM方法,以此获取完整的点云数据,选取控制点进行初始配准,通过ICP算法精确配准两种点云数据。为提高点云数据的融合性,针对数据颜色等特征进行二次匹配,实现点云数据融合。最后,使所有点云数据在同一坐标中,将融合过的点云数据进行去噪、滤波和点云拼接等预处理,将数据中的两种曲面进行拟合并导入三维软件中,实现室外景观建模。试验结果表明,所提方法的三维景观建模立体水平较高,建模效果清晰,精度较高。
三维扫描 激光点云 二次匹配 数据融合 三维建模 曲面拟合 three-dimensional scanning laser point cloud secondary matching data fusion 3D modeling surface fitting
1 上海理工大学 医疗器械与食品学院 教育部医用光学技术与 仪器重点实验室,上海200093
2 上海理工大学 上海市介入医疗器械工程研究中心,上海00093
通过对比3种负缩透镜优化设计方法来选择易精密加工、质量减轻和佩戴美观的高度近视镜片。在相同的光学参数下,运用双三次样条插值法、高阶多项式和几何构造法设计了3组-10 m-1的负缩镜片,对比了矢高和光焦度的分布,加工了设计的负缩镜片,比较了3种设计镜片的中心定焦区、最大厚度和边缘厚度。几何构造法镜片中心定焦区面积与双三次样条插值法相同,比高阶多项式大20.99%,最大厚度较高阶多项式法薄0.7%,比双三次样条插值法薄13.26%。同时,几何构造法边缘厚度较高阶多项式法薄80.3%,比双三次样条插值法薄92.42%;双三次样条插值法的中心光焦度与仿真结果的差值为0.06 m-1,几何构造法的差值为0.11 m-1,高阶多项式的差值为0.15 m-1。几何构造法设计的镜片能够满足佩戴者的需求,亦适用于其他类型光学元件的设计。
光学设计 高度近视 眼镜 负缩镜片 曲面拟合 双三次样条 optical design high myopia spectacles negative lenticular lens surface fitting bicubic spline
温度变化时的热胀冷缩会造成光谱仪中光学元件位置的变化,从而导致波长产生较大的偏移。针对这个问题,进行了适用于不同温度的波长定标方法研究。提出了一种基于温度补偿的波长定标理论模型与方法。将温度作为变量,建立了波长、像元位置和温度的三维函数关系理论模型。采用标准汞氩灯进行了定标实验。通过三次多项式曲面拟合确定了多项式的系数,验证了高低温环境下的定标精度。该方法有效地修正了由温度导致的电荷耦合器件(Charge Coupled Device,CCD)响应值大小的变化和光路中光学元件位置的偏移,提高了波长校正系数容错能力以及温度变化时的波长精度,并提升了光谱仪的环境适应性。
光谱仪 温度补偿 波长定标 曲面拟合 spectrometer temperature compensation wavelength calibration surface fitting
湖南师范大学物理与电子科学学院, 湖南 长沙 410081
基于反射光强度和深度二维变量的含加性权值B样条曲面误差拟合被用于校正由目标场景的低反射率或长距离引起的弱光强度相关深度误差。与传统的B样条曲面误差拟合相比,改进的模型使用权值参数优化每个曲面片的部分控制点,获得了更精确的误差拟合曲面片,使得平均校正误差小于2 mm,精度提高了近2倍。此外,为克服乘性权值矩阵无法通过最小二乘法获取的难题,对每个控制点添加加性权值参数,实现相机参数校准过程中一次性求得控制点参数矩阵和加性权值参数矩阵。同时,考虑到谐波相关误差也与深度相关,将谐波相关误差的校正统一到校正方法中。
成像系统 飞行时间法 谐波相关误差 强度相关误差 B样条曲面拟合 加性权值
1 大同煤炭职业技术学院建筑工程系, 山西 大同 037003
2 石家庄铁路职业技术学院测绘工程系, 河北 石家庄 050041
3 中国矿业大学环境与测绘学院, 江苏 徐州 221116
提出了一种基于k均值(k-means)聚类的点云精简方法。与包围盒法相比,在压缩率近似相同的条件下,k-means聚类方法能较好地保留细节特征,与原始数据的稠密稀疏分布更加一致,所建模型表面更光滑。
图像处理 点云精简 k均值聚类 曲面拟合 均方根曲率 压缩率 激光与光电子学进展
2019, 56(9): 091002