光流技术在微结构平面微运动测量中的应用

在经典的Horn-Schunck光流算法的基础上,根据微机电系统(MEMS)微结构的运动特性,引入标号场,提出基于标号场和邻域优化法相结合的光流算法对微结构的运动序列图像做运动估计.利用光学测量方法,开发了测试系统,能使微结构的运动可视化.系统包括:利用光学显微镜来实现微结构的放大,并将图像投影到CCD摄像机上;基于频闪成像原理来冻结微结构的高速运动状态,获取一系列动态图像序列;基于提出的标号场和邻域优化法相结合的光流算法对微结构的运动序列图像做运动估计,获取其重要动态特性参数.该方法具有非接触、高测量精度的特点.实验结果表明,该方法的测量重复性达40nm.     

基于帧间差分和金字塔LK光流法的运动目标检测

针对用于运动目标检测的光流算法存在处理复杂、计算量大等问题,提出一种帧间差分算法和金字塔LK光流法相结合的运动目标检测方案.该方法先对视频图像进行帧间差分处理,得到图像的运动区域,再对该运动区域进行金字塔LK光流计算,减少了计算区域,提高目标检测的速度.最后在搭建的视觉避障平台上使用LabVIEW语言进行算法程序验证,实验结果证明了算法的有效性.     

基于LK光流法的微流控芯片中流体速度检测

为促进微流控技术相关领域的发展,针对目前微流控技术不能有效地检测流体在微通道的运动状态地问题,提出了一种基于LK光流法的检测技术,能有效地检测微流控芯片中流体的细微运动。实现过程为:通过在实时视频序列中捕获所需要的图像帧,选择ROI区域并对图像进行灰度化及高斯滤波平滑,然后划分网格使用LK光流法计算光流场,通过阈值分割筛选掉独立的光流矢量,最后将所剩的光流矢量转换为行列两个实值图像并求解出其像素距离,结合图像帧之间的时间差求出目标的运动速度。实验结果表明:像素速度标准差σ<1,具有可重复性;该方法能实时跟踪运动的液体,精度高、效率高,是一种非常可靠的检测方法。     

基于改进LK光流的目标跟踪算法研究

为了可以在复杂环境下对运动目标进行有效的跟踪,因此对LK(Lucas-Kanade)算法进行了研究并改进。改进的算法采用LK图像配准算法检测目标的状态,可以满足算法对实时性的要求;采用前向后向光流法作为LK框架,使得算法具有自评估能力,不易陷入局部极小值;将压缩感知理论引入LK算法进行目标跟踪,通过对校准误差的L1范数进行最小化来计算目标的状态参数,使得算法可以应对目标外观的变化;引入卡尔曼滤波器作为运动模型,先对物体的位置进行预测,然后再进行分类和检测,能有效地应对由于模板更新而产生的漂移问题。通过大量的实验对算法进行验证,该算法与现有算法相比处理目标在跟踪过程中的外观变化以及环境中的遮挡、光照变化等问题时,仍有较好的性能。     

基于面内补偿的微机电系统离面运动测试

将频闪成像技术和相移显微干涉技术相结合,提出了一种基于面内补偿的微机电系统(MEMS)离面运动测试方法。首先通过相移显微干涉技术自动采集MEMS结构运动周期内不同准静态位置处的数帧相移干涉图像;然后通过图像处理得到每个准静态位置的亮场图像,进行面内位移测试;最后利用面内位移测试结果对离面位移测试进行补偿,即双相位展开算法,完成对于MEMS结构的离面运动测试。实验结果表明:面内运动的测试的精度可达0.01 pixel,静态离面高度测试的重复精度可达0.52 nm,可以完成伴随着面内位移的MEMS离面位移测试。     

基于LK光流和网格运动统计的图像匹配改进算法

针对AKAZE算法在玻璃封装电连接器图像匹配中准确率低及耗时长的问题,文中提出了基于LK光流和网格运动统计的图像匹配改进算法。首先采用AKAZE算法提取玻璃封装电连接器特征点,运用M-LDB描述子进行特征描述。然后利用LK光流法计算匹配区域进行条件约束,从而得到匹配点,并通过FLANN算法进行特征匹配。最后将玻璃封装电连接器图像划分为多个网格,计算FLANN匹配好的特征点邻域的正确匹配个数和阈值并剔除误匹配点。文中实验采用公开数据集和玻璃封装电连接器数据,从实时性和准确性两方面对算法性能进行验证分析。结果表明,改进的算法在处理模糊、亮度及旋转变化的玻璃封装电连接器图像对时,其匹配准确率均达到93%以上,耗时为0.4 s内,证明了算法的有效性。     

基于稠密光流算法的运动目标检测的Python实现

在运动目标识别算法中,帧间差分法、背景差分法容易出现"重影""空洞"及"拖尾"现象从而导致识别准确率低.将稠密光流法应用于运动目标检测,基于PyCharm开发环境建立了一个运动目标检测系统,研究采用Gunner Farneback稠密光流法(DOF)计算各像素点位移矢量的光流矩阵,将光流信息转化到HSV空间,并利用So...     

利用微运动分析仪研究MEMS器件的运动特性

介绍了一种计算机控制的微运动分析仪（MMA）,用来研究微机电系统（MEMS）中可动部件的运动特性。它采用了2种光学无损测量方法：计算机微视觉方法用于面内运动测量;相移干涉方法用于离面运动测量。这个高度集成的系统包括了高性能成像系统、驱动电路、数据采集和分析软件。MMA利用频闪照明方法冻结器件的快速运动,可以测量1Hz～10MHz频率的三维运动特性,达到了nm级分辨力。通过研究一个微加工多晶硅微谐振器的运动特性来说明MMA的强大功能。     

基于四旋翼飞行器的改进金字塔LK光流算法的研究

针对四旋翼飞行器在飞行过程的水平漂移问题,提出利用改进的金字塔LK光流算法予以改善.首先,通过VisualStudio2013仿真,确知改进的金字塔LK光流算法比传统金字塔LK光流算法对图像的速度信息提取精度更高.然后,再建立四旋翼飞行器的动力学模型,将两种光流算法导入MATLAB的仿真模型中,得出:四旋翼飞行器能有效根据改进的金字塔LK光流算法获得速度信息以降低水平漂移.最后,通过在轴距为430 mm的四旋翼飞行器的平台上进行飞行试验,结果表明:采用改进的金字塔LK光流算法能使四旋翼飞行器的水平漂移程度降低,可实现较为稳定的悬停.     

Yield analysis for self-repairable MEMS devices

In this paper, yield analysis for a self-repairable MEMS (SRMEMS) accelerometer design is proposed. The accelerometer consists of (n  +  m) identical modules: n of them serve as the main device, while the remaining m modules act as the redundancy. The yield model for MEMS redundancy repair is developed by statistical analysis. Based upon the yield model, the yield increase after redundancy repair for different m and n numbers is analyzed. ANSYS Monte Carlo simulation is used to estimate the yield of BISR/non-BISR MEMS devices with random point-stiction defects. The simulation results are in good agreement with the theoretical prediction based on our yield model. The simulation results also show that the SRMEMS leads to effective yield increase compared to non-BISRS design, especially for a moderate initial yield.     

MEMS和微流体分析系统的发展

微机电系统(MEMS)是在微电子及微机械等学科基础上发展起来的新兴多学科交叉研究领域，是当今科学技术最具潜力的发展方向之一，而微型流体分析系统是这一研究领域中的热点。本文综述了MEMS技术以及作为MEMS技术一个重要研究方向的微型流体分析系统的起源及其广阔的市场应用前景．并对MEMS产品的市场化存在的问题进行了讨论。MEMS技术及微型流体分析系统的诞生必将对今后的化学、医学及生物学等领域的研究工作产生重大影响。     

串联MEMS开关的瞬态电磁场分析

提出了一种串联MEMS开关的电磁耦合模型 ,并且应用该模型 ,对采用表面硅工艺和体硅工艺制作的MEMS开关 ,采用全波分析方法 ,进行了瞬态电磁场分析。由于开关尺寸为微米量级 ,而驱动电压高达 4 0～ 6 0V ,这样的瞬态高压有可能对开关上的信号产生影响。理论仿真结果显示 ,开关驱动路对信号路有很强的耦合场存在。实验结果同样显示 ,耦合到信号路的信号可以输入信号产生最大值为 6 0 %的失真     

MEMS多层结构的热应力分析

温度载荷能够引起MEMS多层薄膜结构发生翘曲和分层等失效模式,而界面应力则是引起这些失效的直接原因。根据Suhir.E的双金属带热应力分布理论,对温度载荷作用下MEMS界面中的剪应力和剥离应力的分析表明,这两种应力随着与界面中心距离的增大呈指数增加,在界面端处达到最大值。界面应力与材料热膨胀系数和所加载温度呈线性相关,另外还与两材料层的厚度密切相关。以铜/铬组成的双层结构为例,利用Matlab数值仿真研究了界面应力与材料层厚度的关系,结果表明,界面应力与两材料层厚度比有关,当铜层和铬层厚度比为1.5时,层间剪应力和剥离应力均较小,可有效提高MEMS结构的可靠性,降低分层失效的概率。     

Failure analysis of a thin-film nitride MEMS package

In this paper, the failure mechanism of a thin-film nitride MEMS package is studied by an integrated test structure. The cause of the failure is investigated by advanced characterization techniques and accelerated tests on the packaging material. From the research, we can conclude that PECVD silicon nitride is a proper sealing material for thin-film packaging because of its good sealing property. However, outgassing of this material, at elevated temperature, remains the main concern for the reliability.     

串联MEMS开关的瞬态电磁场分析

提出了一种串联MEMS开关的电磁耦合模型，并且应用该模型，对采用表面硅工艺和体硅工艺制作的MEMS开关，采用全波分析方法，进行了瞬态电磁场分析。由于开关尺寸为微米量级，而驱动电压高达40～60V，这样的瞬态高压有可能对开关上的信号产生影响。理论仿真结果显示，开关驱动路对信号路有很强的耦合场存在。实验结果同样显示，耦舍到信号路的信号可以输入信号产生最大值为60％的失真。     

Electrostatic discharge failure analysis of capacitive RF MEMS switches

This paper reports on the investigation of failure mechanisms of aluminum nitride (AlN)-based capacitive RF MEMS switches. Electrostatic discharge (ESD) experiments have been carried out by means of a transmission line pulsing (TLP) technique and a first experiment under human body model (HBM) stresses has been done. It has been observed that TLP stresses gives rise to electric arcs and the degradations have been analyzed and are reported in this paper. Microwave measurements have shown that TLP stresses impact the quality of the capacitive contact. HBM robustness in upstate configuration and its different failure modes have been also reported.     

微波MEMS移相器的特性分析与实现

从移相器的基本原理出发,分别介绍了开关线型、耦合器型和加载线型三种采用微机械加工技术制备而成的微波MEMS移相器的结构特点和工作原理。在此基础上,设计制备了CPW分布式加载线型MEMS移相器,并进行测试和分析,结果表明MEMS移相器较传统的移相器有微型化、低损耗、低成本、宽带等突出优点。     

MEMS电热微驱动器的设计与仿真分析

本文介绍了一种基于双金属膜受热膨胀原理的面外电热微驱动器。采用聚合物SU-8和镍材料分别作为驱动器的功能材料和结构材料。给电阻丝通电使其发热,驱动器发生垂直于轴线的面外运动,使偏置层与基座接触,完成信号的输出。利用Coventorware软件建立模型,并对器件的性能进行仿真与分析。通过电热分析,驱动器在5V电压作用下,响应时间为5ms,产生18μm的位移,温度由300K上升到440K;在加速度场中,给驱动器施加10000g加速度,产生20μm的位移;在耦合场中施加3V电压和5000g加速度时,驱动位移为23μm,温度由300K升高到400K。最后在不同场源下对驱动器分别进行应力校核,最大应力均小于许用应力,有较高的可靠性。