高噪声背景下超声信号数字处理技术研究

实现高噪声背景下超声回波信号的可靠识别在工程实际中非常重要。本文对高噪声背景下的超声测距信号进行了傅里叶频谱分析和成分分析， 在此基础上确定了频率滤波的滤波范围，并进行了滤波处理。提出了用自相关技术实现高噪声背景下超声回波信号识别的方法，建立了相应的数学模型，给出了理论分析和实验结果。     

小鼠在体皮下乳腺癌的太赫兹波成像检测研究

乳腺癌是女性常见癌症之一,乳腺癌区域的精准检测对乳腺癌的治疗有至关重要的作用。本文采用频率为2.52THz的连续太赫兹波反射式成像系统,对小鼠在体皮下乳腺癌模型进行了太赫兹波成像检测。研究结果表明,太赫兹波成像可以清晰识别出乳腺癌区域,且与肉眼可见肿瘤区域一致。在体乳腺癌区域的太赫兹波相对反射率高于正常组织,两者相对反射率差值高达15%。进一步,对距离皮肤表面不同深度的离体乳腺癌组织进行切片和苏木精-伊红(H&E)染色,作为金标准对照。结果发现乳腺癌区域的面积随着距离皮肤表面深度的增加而增大。通过将太赫兹波成像与H&E染色结果对比可知,在距离皮肤表面约460μm处,太赫兹波图像和H&E染色图中的肿瘤区域面积相等。由此可知,太赫兹波对在体皮下乳腺癌的探测深度大约在460μm左右,太赫兹波有望实现深部肿瘤的检测。     

光纤传感与红外视频的复合入侵监控系统设计

针对机场、油库等特定区域的高识别率、低误报率入侵事件监控需求,提出了一种基于光纤传感与红外视频的目标识别方法。其中,光纤传感部分采用基于MCSVM的非对称双马赫-曾德尔干涉仪（ADMZI）分布式光纤振动传感器,将EMD(经验模式分解)、将峰度特征与MCSVM相结合以提高识别率;红外识别部分将灰度差值图像通过小波变换提高清晰度。两者经过模式对比算法,实现入侵事件判定。搭建系统做现场实验,结果表明:该方法能够识别四种常见的入侵事件(爬越围栏、敲击电缆、剪断围栏、摇动围栏),平均识别率在92.5%以上,误报率0.9%,相对传统单一传感器方案,该方法在漏报率和虚警率等系统性能上都有较大的改善,能够满足实际应用要求。     

基于深度学习的齿轮视觉微小缺陷检测

针对齿轮视觉微小缺陷,采用一种基于深度学习算法的Mask R-CNN网络进行检测,并对网络进行相应地优化调整.首先,通过比较5种残差神经网络检测效果,选择resnet-101作为图像共享特征提取网络.然后,剔除特征金子塔网络中对特征图P₅进行的不合理的3×3卷积,缺齿检出率指标相应得到提升.最后,为了对候选区域网络进行有效的训练,根据设计的样本标注方案中小范围波动的标注尺寸,设置合适的anchors大小以及宽高比.最终,经过优化的Mask R-CNN网络达到了98.2%缺齿检出率.     

基于簇内乘积量化的最近邻检索方法

本文针对大规模高维数据近邻检索中的瓶颈问题,提出基于向量量化的一种检索方法—簇内乘积量化树方法.该方法运用向量量化和乘积量化的多层树状结构高效表征大规模高维数据集,与现有方法相比降低了索引表空桶率;其次提出基于贪心队列的近邻簇筛选方法减小了计算复杂度,加快了近邻检索速度;最后提出面量化方法用于近似计算候选数据集向量与查询向量间的距离,与点量化和线量化方法相比量化误差更小,提高了近邻查询准确率.本文提出的簇内乘积量化树算法在算子Sift和Gist描述的大规模高维数据集上与乘积量化树技术相比,首次召回准确率提高了57.7%,索引表空桶率降低幅度在50%以上,与局部优化乘积量化技术相比,查全率高达97%,而查询时间却仅需原来的1/9.实验结果表明本文提出的基于簇内乘积量化的近邻方法提升了近邻检索性能,为大规模高维数据集近邻检索提供了理论支持.     

基于保偏掺铥光纤饱和吸收体的2μm波段超窄线宽光纤激光器

制作了一种单纵模超窄线宽环形腔掺铥光纤激光器,使用未抽运的保偏掺铥光纤作为饱和吸收体,结合光纤光栅法布里-珀罗滤波器,实现了激光器的单纵模运转和超窄线宽输出。实验结果表明:激光器在室温下可以获得中心波长为1942.03nm、光信噪比为63dB的稳定输出。通过100min的连续测量,激光输出功率的波动小于0.62dB,中心波长的波动小于光谱仪的最小分辨率0.05nm,在一定时间内具有良好的稳定性。采用基于频率噪声的线宽测量方法测得0.01s测量时间下的线宽为300Hz,在0.1s测量时间下的线宽约为3kHz。所制作的激光器将在对2μm波段激光纵模及线宽特性有严格要求的领域具有重要应用价值。     

面向电机测温的嵌套结构管式光纤光栅传感器

针对电机内部实时测温的需求,设计了一种嵌套结构的管式光纤光栅传感器.该传感器使用陶瓷基片作为内层结构,以304不锈钢管作为保护外层,采用飞秒激光刻写的纯石英光纤光栅作为测温敏感元件.搭建了恒温油浴光纤传感测试系统,采用循环升降温的方法对其进行了温度特性研究,结果表明该传感器测温性能良好,升降温实验的线性相关系数均为0.999 9,在长期的循环实验中波长重复性为士2 pm,迟滞误差小于5 pm,有较高的可靠性,可用于电机内部的温度监测.