多光束干涉光纤 FP 探针脉动微压传感研究

本文提出一种面向脉动微压传感的多光束干涉光纤法布里-珀罗(FP)探针。 建立探针多光束干涉波长漂移与微压传 感模型,分析其在气、液相环境中微压灵敏度差异。 采用化学腐蚀、放电熔接、精密切割技术制备光纤探针器件。 利用医用注射 器、透明柔性软管、石英插芯构建微压测试环境,通过有限元仿真分析测试环境内部压强分布情况,在气相环境压强范围 14. 41~ 85. 22 kPa、液相环境压强范围 4. 50~26. 02 kPa 的测试条件下,对 3 支光纤探针微压传感特性进行分析。 实验结果表明, 气、液相环境 中, 探 针 波 长 均 随 压 强 增 大 发 生 红 移 现 象, 反 之, 发 生 蓝 移 现 象; 气 相 环 境 探 针 平 均 微 压 灵 敏 度 可 达 8. 210 pm·kPa -1 ,液相环境探针平均微压灵敏度可达 66. 720 pm·kPa -1 ,高于气相环境,与理论模型相符。 选取气、液相环境中 微压灵敏度最高的光纤探针进行液相脉动微压传感特性研究。 实验结果表明,5 个脉动周期内探针波长响应良好,且重复性误 差较小。 本文提出的光纤探针结构紧凑,易于制备,灵敏度高,可实现 1 Hz 频率范围内的脉动微压传感,为液相环境脉动微压 传感提供了重要的参考价值。     

一种基于极线约束的最小二乘匹配方法研究

图像匹配技术在图像处理与计算机视觉中有着非常重要的作用。最小二乘影像匹配方法是常用的匹配方法之一。本文提出了一种基于极线约束的最小二乘图像匹配算法。该算法将极线约束和最小二乘法结合实现图像匹配。首先利用两幅图像间的极线约束得到多个预匹配点,确定预匹配区域,然后用最小二乘法求得最佳匹配。实验结果表明,该方法效果良好,具有实用价值。     

基于FPGA的脉冲光纤激光器功率控制系统设计

对应用于激光打标中脉冲光纤激光器的控制系统进行了研究,根据其组成原理与工作原理,设计了以FPGA芯片为核心的控制系统。实现了在打标过程中对脉冲光纤激光器出光的时序控制、输出功率控制及声光调制器(AOM)驱动控制等功能。实验结果表明,该系统具有结构精简、集成度高、处理速度快,实现了对激光打标机的实时准确的控制。     

大视场相机最优投影模型识别及星光标定方法

针对在轨摄影测量中近距离大尺寸测量需求,提出利用星光约束的大视场角摄影测量相机最优投影模型识别及标定方法。首先,构建了具备调节系数的星光几何投影分段函数模型。随后,针对分段星光投影模型开发多站位自标定光束平差算法。通过将光束平差算法与北方苍鹰寻优策略相结合,对投影模型调节系数、相机内方位参数、相机外方位参数及镜头畸变系数同步优化,直到星点像面重投影均方根误差达到全局最小,得到最优投影模型及其参数。实测实验表明,大视场角相机星光标定后,星点像面坐标的重投影均方根误差为1/9 pixel。在连续帧星光标定实验中,通过卡尔曼滤波算法对相机参数随机误差进行了有效消除。该方法可在相机星光标定过程中识别最优投影模型并标定全部成像参数,具备连续帧标定及参数校准能力。     

融合多传感信息的仿人机器人姿态解算

在RoboCup Soccer仿人机器人比赛中,机体姿态实时解算是仿人机器人运动控制系统的核心技术之一。文中分析了MEMS加速度计、磁强计和陀螺仪性能,以自主姿态测量为前提,融合惯性测量单元中多传感信息,提出了一种基于四元数的姿态解算算法。针对仿人机器人步行姿态控制中传感器数据存在的噪声干扰和测量误差,设计卡尔曼滤波器实现了对数据漂移的有效补偿,从而提高了全姿态检测的测量精度。试验结果验证了该算法对仿人机器人运动控制系统机体姿态实时解算的有效性。     

基于可变形镜的稳像方法研究

提出了一种基于可变形镜的稳像方法，利用可变形镜连续改变面型的特点实现光学稳像。首先，建立了基于平面反射面的稳像数学模型，得到了稳像补偿角的数学表达；其次，通过研究可变形镜的关键参数，分析了可变形镜的面型误差；最后，通过实验验证了可变形镜的稳像能力，分析了稳像误差。实验数据表明，利用所选可变形镜可实现光轴偏转的功能，稳像的最大相对误差绝对值为1.87%，对应的稳定精度为2.11。     

基于深度学习的舌鳞癌拉曼光谱分割方法

拉曼光谱能够反映生物组织的分子结构变化，可用于舌鳞癌组织检测。然而，现有方法仅能够鉴别舌鳞癌组织属性，判断组织是否发生癌变，无法定位舌鳞癌组织拉曼光谱的重要谱带区域。因此，提出一种基于深度学习的舌鳞癌组织拉曼光谱重要谱带区域分割方法。首先，利用光纤拉曼光谱采集设备采集22位病人44块肿瘤组织的拉曼光谱数据，对数据进行预处理、标注，并分为训练集和测试集；然后，建立谱带区域深度卷积神经网络模型，该模型包括三个基本模块，即拉曼光谱特征提取网络、重要谱带推荐网络以及重要谱带回归网络。其中拉曼光谱特征提取网络用于提取舌鳞癌组织光谱特征，重要谱带推荐网络和重要谱带回归网络用于分割舌鳞癌组织光谱的重要谱带区域。实验结果显示，在交并比为0.7的判断标准下，所提方法对舌鳞癌组织重要谱带分割的平均精度为99%。     

基于超材料吸收器的非致冷微红外热探测器

研究了一种基于超材料结构的红外热探测器，该探测器利用光学超材料的局域场增强效应和热释电材料的温度敏感特性，实现对红外辐射的探测。利用有限元分析方法，研究了超材料吸收器的红外吸收特性和电磁场特性，分析了超材料吸收器与热释电材料(LiTaO₃)耦合结构的热学性能。结果表明，设计的超材料吸收器，可在3～15μm范围内调制峰值波长(主要覆盖大气窗口(8～14μm)),吸收率可达99.9%,带宽范围为0.2～1.0μm。当探测器的尺寸为23μm×23μm时，探测器稳态温度升高量为0.311 K,与类似工作相比，温度提升了约21倍。改进的红外热探测器具有显著的温度响应，适用于大规模像元级非致冷中远红外波段的热成像与传感应用。