基于方向感知网络的场景偏振三维成像技术（特邀）

针对场景偏振三维成像中光照不均匀、色彩、材料复杂和大视场下观测方向变化等原因造成的偏振法线梯度不准确和真实三维信息获取困难的问题,提出一种基于方向感知卷积神经网络的场景偏振三维成像新方法。首先,搭建具有方向感知能力的场景深度估计网络结构;其次,利用卷积神经网络所估计的场景深度对偏振法线梯度进行校正;最后,利用校正后的梯度通过基于梯度的积分算法进行三维重建。实验结果表明,所提方法解决了偏振固有的方位角模糊,提高了在光照不均匀、大视场范围场景条件下获取的法线梯度的准确性,最终在恢复场景真实三维形状的同时保留了丰富的纹理细节信息。实验结果证明了所提技术的有效性与优越性。     

基于飞行时间法的3D相机研究综述

基于飞行时间法（Time-of-Flight,TOF）的3D相机是一种体积小、误差小、抗干扰能力强、可直接输出深度信息的新型立体成像设备。目前,该类相机已成为测量成像领域的研究热点。本文首先介绍了TOF相机的发展历程及测量原理;随后对TOF相机测量误差来源及类型进行分析;接着将TOF技术与其他主流的三维成像技术进行对比分析;最后对TOF相机的应用与发展趋势进行了阐述。     

非相似立体视觉模型构建与验证

将非相似成像理论引入到立体视觉理论中,探索了一种非相似立体视觉机制,建立了空间目标三维定位模型和深度精度模型。根据流行的非相似等距投影理论,对非相似立体视觉三维定位方程进行了数理推导,并实验验证了所建模型的有效性。结果表明:利用三维定位模型可以准确地获取大空域场景中不同深度的多个目标位置信息,定位误差随着目标深度的增大而缓慢变大,在30 m深度处的定位误差达到1.32 m,误差变化规律与深度精度模型结果吻合良好,且误差值远小于相似立体视觉模型的定位误差。所建模型的优势是无需对非相似畸变图像进行校正,便可较好地得到空间目标的三维坐标,研究工作对于拓展非相似成像理论在大空域态势感知、目标侦察等领域的应用具有重要意义。     

复杂场景下单光子激光雷达深度估计方法

单光子激光雷达广泛应用于三维场景的深度和强度信息获取。在复杂场景中存在多个具有不同深度不同反射率的目标，在少返回光子和高背景噪声的情况下，传统方法对这些目标无法做出针对性处理。因此，提出一种复杂场景下单光子激光雷达深度估计方法。该方法充分利用回波信号的时域相关性，对激光雷达三维点云数据进行时域上的全局多深度开窗，并利用空间相关性进行空像素的加权填补。在优化框架下，基于预处理后的激光雷达三维点云数据建立泊松分布模型。最终采用交替方向乘子法求解成本函数的最小值，以得到准确的深度估计。实验结果表明，相较于常规方法，在远距离复杂场景下，所提方法估计深度图像的重建信噪比提高了至少15%，有效改善了深度图像的质量，提升了对低光子水平的鲁棒性。     

基于双目会聚型立体摄像机的目标深度测量

目标物体的三维测量是双目立体视觉的一项重要任务。基于视差的平行摄像机模型是最常见的用于三维重建的双目摄像机模型。一般双目立体摄像机不是严格平行的,所以采用上述方式进行三维重建时需要进行极线校正。提出了一种新的用于三维测量的双目摄像机模型,该模型针对一般常见的非平行的会聚立体摄像机模型。采用该模型进行目标物体的三维测距时,根据摄像机标定得到的相对外参,即可快速得到目标物体的深度信息。同时,本文从分辨率的角度对提出的深度测量方法进行了精度分析。实验结果验证了提出方法的有效性和可靠性。     

基于交叉贝叶斯融合全局和局部大气光的深度预测研究

单目深度预测对于三维场景的理解和感知起着至关重要的作用。目前基于深度学习的方法虽然取得很好的效果,但是其性能过于依赖于训练数据,同时,在复杂场景下,基于深度线索的全局光不变假设效果欠佳。为此,本文提出了一种基于交叉贝叶斯融合全局和局部大气光的深度预测方法,具体地,分别基于全局大气光和设计的局部大气光散射模型进行初始深度图预测,为实现两者有效互补,利用研制的交叉贝叶斯模型进行深度图的融合,并利用边缘滤波机制进行优化得到最终深度图。通过一系列实验,证明了该模型在深度预测数据集中能够取得很好的效果,并且有助于提高显著性目标检测任务的准确性。     

TOF相机实时高精度深度误差补偿方法

TOF（Time-Of-Flight）相机获取的深度值存在着边角畸变和精度偏移，目前主要是通过误差查找表或曲线拟合等技术进行误差补偿，计算量大且补偿速度慢。通过对TOF相机在不同距离的深度误差分布规律的分析，提出了一种实时、高精度的误差补偿方法。该方法利用TOF深度图像的旋转对称性以及误差分布的特性，简化了误差补偿模型、降低参数数量级，有效提升了补偿的精度和速度。将算法应用于基于TOF原理的Kinect v2深度传感器进行深度补偿，使得有效距离内平面度误差下降到0.63 mm内，平均误差下降到0.704 0 mm内，单帧数据补偿时间在90 ms内。由于该算法仅基于光径差进行补偿，因此适用于所有TOF原理的相机。实验结果表明，该算法能够快速有效减少TOF相机的深度误差，适用于实时、高精度的大视场三维重建。     

飞行时间深度相机和彩色相机的联合标定

飞行时间（TOF）深度相机等深度传感器可以实时、准确地获取深度信息,在计算机视觉领域受到广泛关注。本文以获取同一视野下场景的纹理信息和深度信息为目的,在传统的棋盘格标定方法基础上,针对TOF深度相机的低分辨率和较大的径向畸变的特点,采用角点稀疏的棋盘格作为标定板以提高角点检测的精度,提出一种TOF深度相机和彩色相机的联合标定方法。首先对彩色相机和深度相机单独标定,使用传统的棋盘格标定方法获得彩色相机的内部参数,对使用深度相机所拍的强度图进行畸变校正后再求得深度相机的内部参数。然后,固定两相机内参,多次实验获得两相机之间的相对位置关系,并使用最小二乘法进行优化。实验结果表明,该方法标定精度高,彩色相机的重投影误差最多可减小0.15个像素,深度相机的重投影误差最多可减少0.09个像素,根据标定结果将深度相机所得的深度图投影到彩色相机的视野下所得的投影深度图能和彩色图像精确对齐。      

一种基于飞行时间相机的点云目标提取方法

基于飞行时间(Time of Flight,TOF)原理的深度相机成像方法不同于二维图像来计算三维信息,而是通过光在空气中的飞行时间,来计算出目标的距离,从而直接获取场景目标的三维点云信息。本文通过研究基于飞行时间红外相机的三维重建技术,设计了一种基于飞行时间红外相机的点云目标提取方法。利用飞行时间相机直接获得场景的三维点云数据,提出一种双阈值空间滤波算法,对点云数据进行空间滤波,并对滤波效果进行了对比评价。在双阈值空间滤波算法的基础上提出了一种改进的基于法向量的随机抽样一致性(RANSAC)算法,实现了对三维点云数据的目标提取,为基于飞行时间相机的场景目标三维重建奠定了基础。     

基于红外编码结构光的深度测量方法

视觉深度测量是计算机视觉领域的重要问题。提出了一种基于红外编码结构光的深度测量方法。首先,设计一种新的网格图案并提出一种顺序编解码算法,准确计算参考图像与目标图像之间对应点的偏移;然后,提出一种成像系统参数线性拟合算法,建立目标深度与光斑像素偏移之间的线性关系,并修正镜头畸变;最后,基于线性关系实现深度测量,并基于Delaunay三角剖分算法实现三维重建。在实验过程中,通过多组数据进行误差评估与校正,提高测量精度,降低系统误差。多组实验数据表明,该深度测量方法准确性较高,并具有较好的实用性与鲁棒性。     

电缆测井深度测量电路的抗干扰设计

针对电缆测井作业过程中电磁干扰和电缆抖动对电缆测井深度系统的影响,本文介绍了采用增量式光电编码器的深度测量电路的工作原理,详细分析了电磁干扰和电缆抖动等因素带来深度测量误差的机理,并在此基础上提出了新的抗干扰电路设计,该设计已应用在国内外许多油田的电缆测井现场,在深度系统抗干扰和防电缆抖动方面取得了良好的应用效果。     

HDMI2.0接口FEC纠错模块设计

针对HDMI2.0中继器在传输数据的过程中数据因干扰会发生错误的问题,提出了采用前向纠错技术(FEC)来纠正控制周期数据错误而导致的错误视频和音频数据的方案,给出了FEC和HDMI2.0协议相结合的具体过程,实现了基于HDMI2.0接口的数据纠错模块的设计.在Cadence平台下,编写了可综合的Verilog代码实现了电路的设计,并用科学的测试方法对数据纠错模块进行了测试验证.验证结果表明:数据纠错模块和HDMI2.0接口有机地结合在一起,有效纠正了HDMI2.0中继器在数据传输过程中产生的错误,增强了数据传输的可靠性并提高了视听效果.     

新型相位式激光测距系统电路的设计

为了提高相位式激光测距系统的精度和可靠性,设计了一种新型的相位式激光测距系统的发射和两路几乎一致的接收电路。通过采用具有微小频差的低抖动时钟发生技术,差频测相技术等原理,系统可以实现特定环境下的高精度测量。系统由级联式PLL可编程时钟信号源、激光发射与接收模块、自动增益控制、混频滤波及数据采集组成。利用时钟源产生调制信号,并对反馈信号和接收信号进行放大、混频滤波等信号调理,进而采集数据并对数据进行处理分析。在电路的设计中,优化了激光的调制发射电路,采用低回波损耗的尾纤式激光器,增加简单实用的自动增益模块等。实验观察的波形和数据结果分析表明,此相位式激光测距系统电路简单实用,并且具有较高的稳定性和较高的测量精度。     

基于深度学习的语法纠错算法建模研究

基于基础seq2seq深度学习算法在语法纠错准确率和召回率方面存在的不足,提出了融合Attention机制和Transformer模块的改进型seq2seq语法纠错算法。通过引入Attention机制来记录decoder端和encoder端语言信息,提升信息完整性,采用beam-search和copy机制进行启发式搜索,缓解解空间对机器内存的消耗,利用Transformer模块进行自注意力机制的特征抽取,实现了语句向量数据的扩充并得到可解析上下文纠错。最后选择合适的语料库,对不同的语法纠错算法的准确率、召唤率和F 0.5数据语法纠错效果评价指标进行了比较,结果表明了文中改进的算法模型的有效性,提高了语法纠错的准确率和召回率。     

阵列式无线压力传感器系统设计与迟滞补偿研究

为提高传统硅压阻式压力传感器的测量精度,针对性地设计与实现了一种带有迟滞误差校正功能的阵列式无线压力传感器系统。该系统采用了硅压阻式传感器阵列和高精度模数转换器AD7794,以STM32微处理器作为数据采集和信号处理的核心部件,并通过无线蓝牙传输模块将测量数据发送至手机接收端,以手机APP显示测量结果有利于用户对压力实现无线监测。针对硅压阻压力传感器的迟滞非线性,基于最小二乘法与函数校正法对压力传感器阵列的输出信号进行了非线性和迟滞误差补偿,结果表明：迟滞误差从原来的±0.152%降为±0.077%,,有效地提高了系统的测量精度。     

面向特大齿轮的激光跟踪测量精度提升方法

为实现特大齿轮激光跟踪测量精度的提升,采用激光跟踪仪与柔性关节坐标测量臂相结合的测量方式,建立了基于激光跟踪多边测量方法的特大齿轮组合式测量网络。采用柔性关节坐标测量臂蛙跳技术确定激光跟踪仪全局坐标系与柔性关节坐标测量臂坐标系之间的坐标转换关系,实现不同站位下测量臂测量数据的空间配准。引入激光跟踪仪多边测量方法,摒弃其角度测量模块,建立激光跟踪多边测量位置参数标定模型,通过测量冗余数据并对其进行L-M优化迭代,以提高激光跟踪仪的全局控制精度。对建立的组合式测量网络进行仿真实验,分析对比测量数据,组合式测量网络的测量误差平均值为0.007 mm,误差标准差为0.004 mm,相同条件下,使用激光跟踪仪直接测量方法的测量误差平均值为0.044 mm。仿真实验分析表明,该方法显著提升了测量精度,满足了特大齿轮现场齿形测量的要求,具有较好的理论与工程应用价值。     

GMDH Correction Modeling of Distorted Signals Recorded by Mandibular Kinesiograph

A new correction method is investigated for distorted measurement signals recorded by a mandibular kinesiograph, an electromagnetic device to quantify jaw movement by a magnetic transducer fixed on the mandible. The method employs a self-organized system identification known as a group method of data handling (GMDH). The proposed GMDH correction method has the capability to design a two-dimensional nonlinear autoregressive model which represents the relationship between distorted measurements and their corrected estimates of the mandibular displacement for the initial adjustment of kinesiographic signals under ferromagnetic influences. A computational procedure of a GMDH correction method is described in which the mathematical structure of a nonlinear autoregressive model is identified in a self-organized manner. Heuristic determination of a restricted sensor array zone of a kinesiograph is proposed to obtain effective fitness of a particular GMDH correction model which corresponds to each of the concomitant restricted zones. Corrected signals evaluated in the present study reveal a mean estimation error of 0.101 mm with a standard deviation of 0.125 mm which is regarded as highly accurate in a clinical sense.     

面向SNSPD系统的可拓展时间抖动测量模块

针对超导纳米线单光子探测器(SNSPD)应用需求的多样化,设计了一款面向SNSPD的可拓展时间抖动测量模块。基于对SNSPD系统时间抖动测量原理的分析,设计了数字化单元、时间数字转换(TDC)单元和现场可编程门阵列(FPGA)单元,实现对SNSPD输出信号的数字化、时间信息测量以及数据读取。对该模块TDC单元的分辨率、线性度和时间精度分别标定,测试结果表明TDC单元的分辨率好于55ps,测量数据呈线性,100ns以内时间精度低于36ps。通过结合实用化SNSPD系统,实现了100ps左右的时间抖动表征,并与商用时间相关单光子计数(TCSPC)模块进行对比,验证了该模块对于SNSPD系统时间抖动测量的可行性。