影像测量系统的精密校正方法研究及其应用

介绍了两种应用于影像测量系统的精密图像校正及其实现方法;不同的系统校正方法不同时所需要特征点的不同,需要设计并制作精密的标靶件作为比对参照对象,根据系统需求研发设计了两种精密校正样板,并介绍其使用方法;在此基础上,介绍了两种校正方法的基本校正原理及其算法.触摸式投影仪中,采用单筒显微镜头,其成像畸变较小,采用非线性的精密校正方法校正后,其重复测量精度为2μm.大视场影像测量仪中,采用线性校正方法,仪器重复测量精度为10μm,采用非线性校正的方法补偿了镜头的成像畸变后,重复测量精度为2 m以上;以上实验表明,两种精密校正方法的应用提高了仪器的检测精度.     

应用于高速测量仪器的自适应波形重构算法

当传统数字内插算法应用于高速数字信号波形重构时，在某些输入信号（如方波）下会产生严重的失真。本文首先推导了数字内插的原理与模型，分析了正弦内插算法造成波形失真的原因，然后提出一种适用于高速数字存储示波器的新的数字内插算法。计算机仿真结果与系统实验表明，这种算法能有效地修正传统插值方法在波形重构中造成的信号畸变。     

基于LabVIEW的多普勒测速雷达的频谱校正

为降低FFT谱分析误差,提高弹丸测速精度,详细研究三角校正法、比值校正法、能量重心校正法和FFT+FT连续细化分析傅里叶变换法,分别运用4种频谱校正算法对理想正弦信号和加噪正弦信号进行仿真研究,并比较在相同信噪比情况下的测量误差。研究结果表明,这4种算法均可改善FFT谱分析精度,其中三角校正法具有算法更简单、计算速度更快、对噪声不敏感等优点,更适合弹丸测速信号的频率校正。     

滑动频率估计算法在微波测量液位中的应用

在微波测量液位的系统中,正弦信号的频率估计是实现液位测量的关键.比较并分析了离散FFT变换的两种正弦信号频率估计方法:Rife比值法和三角形法,提出了一种滑动频率估计方法,通过实时确定比例因子,得到了滑动频谱校正算法.实验结果表明,该方法频率估计精度较高,估计性能优于单一的Rife法、三角形法,适合于低信噪比条件下的实...     

部分哈达玛矩阵分段弱正交匹配追踪算法

为解决分段弱正交匹配追踪算法在测量过程中难以获得高精度重构信号的问题,首先对以高斯矩阵为测量矩阵的传统SWOMP算法进行了分析,指出问题的关键在于高斯矩阵列相干性过大会影响残差信号的匹配过程,从而导致部分信号丢失,使重构精度下降;然后,根据分析提出了一种基于部分哈达玛矩阵的分段弱正交匹配追踪(PH-SWOMP)算法,其中部分哈达玛矩阵根据偶数行抽取原则进行构造,可以显著降低测量矩阵的互相关性;最后,通过与传统SWOMP算法的图像重构对比仿真实验对PH-SWOMP算法性能进行了验证,其中传统SWOMP算法分别选取高斯矩阵、托普利兹矩阵等4种矩阵作为测量矩阵.仿真结果表明,在相同条件下,相比于传统SWOMP算法, PH-SWOMP算法信噪比最大提高了53.95%,相应的重构时间缩短了15.41%,具有更小的恢复残差以及更高的信号重构成功率.     

基于杜芬振子的微弱正弦信号频率测量

近几年在计量学中出现了一种新的基于杜芬振子的信号检测方法,它能提高检测能力和精度;杜芬振子是一种混沌系统,系统参数在其阈值附近的微变会引起系统状态的突变,此特性使得它对相似频率的信号敏感,而对噪声和干扰具有"免疫力",因此可利用阵发混沌原理测量正弦信号的频率;为提高频率测量精度,创造了过零点间隔法和伪区域去除法等新算法,分析了噪声对测量结果的影响,分析误差产生原因,优化算法参数取值,这都能减小测量误差;仿真实验证明精度高于经典频率测量方法.     

基于DSP的相位差测量系统设计

设计一个采用DSP技术和数字相关法测量两路正弦信号相位差的检测系统.讨论了相关法测量正弦信号相位差的原理.分析了检测精度和影响精度的因素.仿真计算和试验结果验证了其可行性和有效性.     

三相电气参量快速和高精度的测量算法

提出了一种快速富里叶变换FFT算法来测量电力系统基波频率和其它谐波频率的实时值,进而计算出三相电压和电流的有效值与相位的实际值。由于电力系统参数随时都在变化,非正弦信号的系统基波频率不可能是一个确定的值,采用未确定的系统基波频率来采样和测量非正弦信号变化的三相电压和电流将引起很大的误差。因此,提出先准确测量非正弦信号的系统基波频率,然后,采用准确的系统基波频率来采样三相电压和电流,进而再计算三相电压和电流的有效值与相位的实际值、有功功率与电能、无功功率与电能等。这种算法不仅大大缩短计算时间,而且提高了测量的精度,测量精度可以达到0.1%或更高。实例计算的仿真结果及实际应用系统的运行数据都证明:这种算法的可靠性、准确性和快速性。     

二维位置敏感器件(PSD)的畸变校正算法研究

光电位置敏感探测器(PSD)是对信号光的位置直接检测的光电传感器,它的原理是计算光的权重来测量光的位置,直接输出的是模拟电流信号。但PSD的非线性严重影响着其应用的准确性。由于四边电极的影响,会使靠近边缘附近产生严重的非线性。就如何对PSD进行畸变校正进行了研究。通过对插值算法的研究,提出了用双调和样条插值算法来校正PSD产生畸变的离散点。通过仿真分析,校正后的均方误差能达到2.29μm。与神经网络方法相比,该方法有了较大的提高,效果令人满意。     

摄像机镜头畸变的研究

分析了摄像机成像模型和镜头非线性畸变模型,通过实验的方法求得了镜头的径向畸变系数,并首次根据图像复原原理将镜头的畸变系数引入边缘的亚像素定位算法中,最后通过对图像测量系统进行了标定,用实验的方法定量地比较了镜头径向畸变对测量精度的影响。同时,在标定的过程中通过“二次标定”的方法消除了“单次标定”所引入的系统误差,提高了测量精度。实验证明,通过对镜头的畸变进行校正来提高亚像素边缘定位精度的方法是有效的、显著的。     

基于像素位移估计的水下湍流退化图像畸形校正算法

针对由湍流引起的水下畸变退化图像,提出了一种基于估计畸变帧相对于参考帧的像素移位来校正畸变图像的算法。通过自定义度量标准选择参考帧和清晰度较高的输入帧序列,使用像素配准、二维配准和核相关滤波算法对畸变图像进行复原和重建。为验证该算法,分别进行了室内水下湍流模拟系统实验及海洋实地实验,并将实验结果与盲复原算法、凸集投影超分辨率重建算法进行对比。从主观评价上, 图像畸变得到了有效抑制;从客观评价标准来看,指标高于传统的复原和重建算法。实验结果说明,该算法有效提高了水下湍流退化图像的去畸效果,为海洋目标检测的准确作业提供了保证。     

电容层析成像数字化系统设计

为了克服模拟器件的约束,进一步提高系统的精度与速度,本文结合FPGA可编程逻辑控制和DSP信号处理能力强的特点,构建了16电极新型数字化电容层析成像系统.由FPGA完成系统逻辑控制、正弦激励信号产生和数字解调,简化了控制与接口电路,提高了系统工作的可靠性;由DSP实现图像重建算法,最终通过PCI接口将灰度值传送给PC机成像.理论分析和实验表明,系统的信噪比和实时性等性能指标均得到提高.     

宽带雷达信号的低杂散采样系统研究

为了实现宽带雷达系统中雷达信 号的低失真采集与处理,研究并设计了具有幅相误差校正功能的宽带低杂散采样系统。该系统采用宽带模数转换（Analog to digital converter, ADC）器件和高性能可编程逻辑阵列（Field programmable gate array, FPGA）的实现方案,并从低抖动采样时钟、低噪声电源和防串扰等方面进行了低杂散最优方案研究。为了改善系统的带内传输特性,利用优化算 法设计了有限长冲激响（Finite impulse response,FIR）数字校准滤波器。最后对设计 的系统进行实验测试,结果表明系统瞬时带宽达到800 MHz以上,采样率1.8GS/s,量化位数8位、杂散电平-50 dBc,性能指标满足系统在宽带雷达信号获取、宽带雷达目标成像和宽带雷达目标回波重构等领域的应用。     

全相位FFT在导弹自动驾驶仪测试中的应用

自动驾驶仪是导弹的姿态控制系统,其性能好坏决定了导弹飞行的稳定性。为了精确测量其性能,对导弹自动驾驶仪测试原理和方法进行了研究,进行了正弦信号测量方法的分析,提出了基于全相位FFT数据处理方法,并结合时移相位差校正方法实现正弦形式信号的频率、幅度和相位等参数的精确测量。利用LabVIEW图形化编程软件设计了算法软件,通过仿真试验考察了该算法在无噪、低噪和大噪环境下信号测量精度,结果表明全相位FFT方法在信号频谱测量方面具有精度高、抗噪能力强等优点,满足自动驾驶仪的测试需求。     

Bark子带小波包自适应阈值语音去噪方法

为了克服低信噪比输入下,语音增强造成清音弱分量损失,导致信号重构失真的问题,提出了一种新的语音增强方法。该方法采用小波包拟合语音感知模型的临界带,按子带能量对语音清浊音分离,然后对清音和浊音信号分别作8层和4层小波包分解,在阈值计算上采用Bark子带小波包自适应节点阈值算法,在Bark子带实时跟踪噪声水平,有效保护清音中高频弱分量,减少失真。通过与传统语音增强方法的仿真对比实验,证实该方法在低信噪比输入时,具有明显优势,输出信噪比高,语音失真度低。将该方法与谱减法相结合,进行语音二次增强,能进一步提高增强语音质量。     

一种基于协方差矩阵重构和EMP的宽带波束形成算法

在宽带波束形成中,若干扰信号从主瓣方向进入,会引起主瓣畸变、旁瓣电平抬高,从而使波束性能严重恶化。为了解决波束形成中的这些问题,研究了一种基于协方差矩阵重构和特征投影预处理（EMP）的宽带波束形成算法。该算法首先通过EMP算法求取阻塞矩阵,对接收信号进行干扰相消预处理阻塞掉主瓣干扰;然后通过相干信号子空间（CSM）方法、协方差矩阵重构求取合理的协方差矩阵;最后进行波束形成。在主瓣干扰、旁瓣干扰同时存在的情况下,该算法能够自适应地阻塞主瓣干扰、抑制旁瓣干扰,解决了存在主瓣干扰情况下宽带波束形成的波形畸变问题。计算机仿真验证了该算法有效性。     

基于小波包的回放语音检测算法

以便携式回放设备的语音为代表的假冒语音攻击,给说话人识别系统带来了严峻的挑战.针对这种回放语音攻击问题,论文提出一种基于小波包的多频带回放语音鉴别算法.首先,通过小波包分解及重构后的信号进行傅里叶变换,取每一帧频谱的最大值;然后,利用对数运算以及离散余弦变换(DCT)来得到鉴别特征;最后,使用高斯混合模型(GMM)作为...     

基于DSP的悬浮转子微陀螺数字幅度解调

在悬浮转子微陀螺中输出的角度检测信号为一经过幅度调制的调幅波形,为了使用数字信号处理器(DSP)读取调制波形中的低频有用信号,需要开发一种数字解调系统。介绍了一种能应用于悬浮转子微陀螺信号检测的基于DSP的数字滤波自相关算法及其实现,使用D/A和异步串行口将解调所得信号输出。使用经低频调制的20 kHz载波信号进行了实验。实验结果表明:该系统可响应的低频角度变化为25Hz,能够满足悬浮转子陀螺信号检测和后续控制的要求。     

基于图像平面的畸变校正方法

针对图像液位检测系统中摄像头引入的图像畸变,提出一种基于图像平面的校正方法。使用虚拟的标准校正图代替实际图,通过二阶径向模型的反复迭代求取畸变系数,利用双线性插值对输出像素点灰度进行插补。实验结果表明,该方法的校正误差小于0.35个像素点,能有效提高视频检测精度。