基于价值函数的二维小波变换小波脊提取算法

条纹图存在噪声干扰时,将二维小波变换系数模的最大值作为小波脊,会产生较大误差。针对这一问题,提出了基于价值函数的二维小波变换小波脊提取算法。首先,提取二维小波变换系数模的最大值点,并将最大值90%的局部极值点提取出来,共同作为小波脊候选点;其次,在模上引入尺度因子的梯度,建立价值函数进而评估所有候选点的价值,利用对数Logistic模型进行权值调整改进,从而得到更加合理的价值估计;最后,使用动态规划思想准确找出最优的小波脊线,提取脊线处的相位即可得到包裹相位。其优势在于能准确解调信噪比较低的条纹图案,抗噪性能优于直接最大模的小波脊提取;并且只需投影一幅条纹图案即可重建物体形貌,可用于恶劣环境下的动态三维测量。计算机仿真和实验结果表明,对于含有噪声污染的条纹图,所提算法相较于最大模的小波脊提取算法,三维形貌恢复精度明显提高;而相较于全部局部极值点提取,其运算时间缩短了46.9%。同时,应用不同母小波于所提方法,仿真结果表明二维Cauchy小波具有更好的方向性和更高的精度。     

面向探月卫星景象导航的局部基准图制备

为了可靠制备月球卫星景象辅助导航和着陆过程中的月面局部基准图,分析了月面局部基准图制备过程中出现的相关问题和解决方法。结合"嫦娥二号"月球卫星测控和导航实际约束条件分析了各种误差的起因及限制方法,给出了基于美国月球勘测轨道飞行器相机(LROC)全月面基准影像图的月面局部基准图制备算法。实验结果表明,按照所提方法生成的局部基准图与"嫦娥二号"局部正摄投影图像面特征一致,由映射变换产生的图像坐标最大定位误差为7.065 1m,观测图尺寸为20km×20km时的最大形变偏差为6.18m,正摄投影图像面特征和定位偏差均能够满足月球卫星景象导航定位精度的要求。     

Matrix based algorithm for ion-beam figuring of optical elements

An algorithm for solving the problem of local shape errors of optical surfaces correcting by a small-sized ion beam, based on the matrix representation is presented. The algorithm involves searching for points that rise relative to the average height on the surface, where exposure to an ion beam of a given shape will lead to a decrease in the RMS deviation of the surface shape from the calculated one. It is shown that the new approach makes it possible to significantly expand the range of spatial frequencies, in which the height of relief can be reduced using the given ion beam size, and provides better results than the method of minimizing the functional of convolution of the ion beam and the surface map. Moreover, the new approach does not lead to appearance of shape errors (concentric structure) defined by the ion beam size and scanning step. An experiment for minimizing of local surface shape errors based on an etching map calculated using new approach was done. Matrix algorithm allowed in one procedure to reduce surface shape errors for a concave spherical optical element made of fused silica with a diameter D = 100 mm and a radius of curvature R = −137.5 mm in the RMS by more than 3 times. The initial RMS was 4.5 nm, RMS after treatment is 1.36 nm.     

B样条曲线曲面的二阶预测压缩算法

B样条曲线曲面密集控制点是造成CAD模型数据量庞大的因素之一,对其进行压缩编码,能有效减少CAD模型数据量。提出一种局部坐标系下二阶预测编码算法,对B样条控制网格构造局部坐标系,在局部坐标系下对控制点进行一阶预测,对相邻控制点一阶预测误差再进行二阶预测,对二阶预测误差量化后进行算术编码。分析了量化参数对曲线曲面误差的影响。实验结果表明,该算法预测准确性较高,预测误差分布集中,可以获得较高压缩率,达到压缩CAD产品模型目的。     

基于种子点传播的快速立体匹配

针对计算机视觉中的对应点误匹配问题,提出了一种基于种子点传播的快速局部立体匹配算法来进一步提高匹配算法的运行效率。该算法首先利用Canny算子提取图像边缘,结合边缘信息构造动态匹配窗口,以克服固定窗口对匹配带来的不利影响;然后利用AD-Census联合匹配代价在动态窗口上进行代价聚集,用WTA搜索策略得出初始视差图,对视差值进行筛选以确定种子点;随后利用像素间颜色差异将种子点的视差值传递给周围非种子点;最后采用区域投票和局部校正方式对视差值求精,进而获取精确的稠密视差图。实验结果表明,该算法可对Middlebury测试图生成高质量的视差图。与目前较新的局部立体匹配算法相比,其运行速度提高了1.8倍,满足了实际应用对速度和精度的要求,具有较高的实用价值。     

面向变化场景的 LiDAR 鲁棒定位与地图维护方法

无人车在工业场景自主运行时,通常基于先验地图匹配对自身进行定位,然而场景变化会影响其定位精度。针对于此,本文提出了一种面向变化场景的激光雷达鲁棒定位与地图维护架构,其包括地图匹配、定位优化、地图维护模块。在该架构中,提出了一种基于变化检测的匹配算法,降低了变化场景引起的匹配误差;设计了基于激光雷达里程计与先验地图匹配的因子图融合模式,提高了定位解算鲁棒性;提出了一种基于最近点搜索的误检测点滤波方法,提高了变化点检测准确性。最后,通过仿真与试验搭建了变化场景验证环境,对基于Loam的匹配算法与本文算法进行了对比验证。结果表明,本文算法可以有效抑制场景变化引起的匹配误差,在实际场景中定位均方根误差优于3 cm,定位精度相较于传统算法提高67.4%。     

子孔径拼接干涉法检测非球面

介绍了子孔径拼接干涉检测非球面的理论和方法,分析了其基本原理,基于齐次坐标变换、最小二乘法和Zernike多项式拟合建立了一种合理的拼接算法和数学模型。对一抛物面镜进行了五个子孔径的计算机模拟拼接实验,拼接前后全孔径面形误差分布是一致的,其PV值和RMS值的偏差分别为-0.009 2 λ和0.0013 λ;全口径相位分布的PV值和RMS值的相对误差分别为-0.39%和0.44%。实验结果表明,利用子孔径拼接技术不需要零位补偿就能实现对较大口径非球面的测量。     

基于全局特征与局部特征的图像分级匹配算法研究及应用

移动机器人基于拓扑地图导航时要求图像特征提取与匹配算法具有高的精度和鲁棒性、良好的实时性,针对此,提出了基于全局特征和局部特征的图像分级匹配算法。首先对输入的待匹配图像应用改进的形状上下文算法提取全局特征与图像库中图像进行遍历粗匹配,得到与当前待匹配图像相似度最高的3幅图像并构建临时图像库;然后利用改进的SIFT算法提取输入图像局部特征与临时图像库中3幅图像的局部特征进行精确匹配,最终得到与待匹配图像相似度最高的图像作为匹配结果输出。所提出的图像分级匹配算法将基于全局特征的改进形状上下文算法和基于局部特征的改进SIFT算法相结合,从而达到优势互补的目的。实验结果表明,该算法在机器人基于拓扑地图导航过程中有效地提高了图像匹配效率,缩短了运行时间。     

一种脊线提取方法在轴承故障诊断中的应用

针对Crazy Climber算法脊线识别能力低、提取脊线与实际脊线有差距等问题,通过对该算法中Climber的移动规则和局部最优峰值提取方法进行改进,提出了一种改进的Crazy Climber算法.首先对时域信号进行短时傅里叶变换获取时频矩阵,再用改进的Crazy Climber算法对时频矩阵进行脊线提取,最终获得可...     

接触问题的自适应无网格伽辽金方法

针对接触问题提出了基于应变能梯度的自适应无网格伽辽金方法。通过对自适应无网格伽辽金方法的原理讨论,给出了基于背景网格的误差估计方法,并对自适应求解流程进行了阐述。研究了无网格节点加密技术和自适应搜索半径等关键技术。编程求解了圆柱体接触问题,并与理论解和均匀密化数值解进行比较,给出了接触计算中合理的参数范围,对真实粗糙表面接触问题进行了计算,计算结果表明,在相当计算精度下,自适应加密计算耗时仅为同等整体加密计算的18.6%。     

基于相位特征的可见光和SAR遥感图像自动配准

针对可见光和SAR遥感图像存在非线性辐射差异和几何差异,加之SAR的斑点噪声,使得可见光和SAR图像配准十分困难的问题.本文提出了一种基于改进相位一致性的可见光和SAR图像配准方法.首先,分别计算相位一致性的最大矩和最小矩,将二者叠加,利用Harris算子在叠加图上提取特征点,得到稳定的角点和边缘点作为待匹配的特征点;...     

基于GA PSO混合算法的钢杆磁特性参数识别方法

测量轴类零件的磁滞回线,利用其特征参数的变化表征零件表面硬度及硬化层深度,是具有工程应用前景的电磁无损检测新技术之一,其关键是轴类零件磁特性曲线测量装置的研制和磁特性参数高精度识别方法的研究。设计出一种基于闭环磁路的钢杆磁滞回线测量实验装置,并基于J-A磁滞模型,提出了一种遗传粒子群(GA-PSO)混合算法,实现了钢杆磁滞回线全局与局部特征参数的快速、高精度识别。实验测得的3种不同材质钢杆磁滞回线,对比分析了混合优化算法与单一算法(遗传、粒子群、模拟退火)的参数识别速度与精度,结果表明,混合算法全局识别结果的最小均方根误差仅为0.004 7,低于单一算法的相应结果;混合算法对局部特征参数(矫顽力、剩余磁感应强度)识别的相对误差均小于0.35%,优于单一算法识别精度。上述实验测试和磁特性参数识别方法,有望应用于销钉、螺栓等轴类构件表面硬化层的无损检测。     

干涉法实时测量浅度非球面技术

提出了一种干涉实时检测非球面的新方法,该方法无需补偿器,CHG等辅助元件就能实现对浅度非球面的测量。对非球面度较小的非球面,直接利用标准球面镜作为参考表面,通过数字干涉仪可以测得全孔径位相分布,将所得的数据剔除参考球面波相对理论非球面的偏差,并运用最小二乘拟合求得机构定位误差,消去此误差,从而能够获得真实的面形信息。利用该方法对一口径为350mm的浅度双曲面进行了测量,通过数据分析和处理得到面形误差的PV值和RMS值分别为0.387λ 和 0.048λ ( =632.8nm)。并将该结果与零位补偿的检测结果相比较,两面形分布是一致的,其PV值和RMS值的偏差分别为0.033λ 和 0.006λ 。说明该技术对检测浅度非球面是切实可行的。     

应用复Morlet小波变换分析条纹图相位

针对在使用干涉、Moiré偏折等方法进行流场高速动态测量时条纹图中大量无效数据对计算结果的影响,提出了一种基于连续小波变换的条纹图相位分析方法.利用小波变换的瞬时条纹频率分析能力,选用复Morlet小波及合适的小波参数,使得条纹图的小波变换模极大值与其调制度系数成正比,将其作为加权最小二乘法相位展开算法的权值,保证了相位有效展开.使用曲线拟合进行小波变换脊定位,缩短了定位时间并消除了噪声干扰.仿真实验显示,使用该方法得到的分析结果与实际相位值的相对误差小于0.01％;内波流场测量实验显示,使用该方法进行条纹图分析,密度梯度测量精度达到了5×10-6g/cm4.结果表明,用该方法进行条纹图相位分析可以有效消除无效数据对结果的不利影响,相位展开有效可靠,分析结果精度高.     

口腔修复体咬合面虚拟调整

研究了口腔修复体的计算机辅助设计中牙齿咬合面的虚拟调整。首先采用同名标准冠获得需要冠修复的患牙的最初[牙合]面形态；然后利用基于图形空间的OpenGL的选择模式，生成当上下颌牙齿处于牙尖交错位时标准冠[牙合]面到对颌牙[牙合]面的法向距离图；进一步利用得到的距离图，并引入体样条插值算法，选择合适的控制顶点，完成对标准冠[牙合]面与对颌牙牙A面的冲突区域的调整。以标准三单位固定桥模型为例，对[牙合]面调整算法进行验证。调[牙合]后的标准冠较好保持了[牙合]面基本形态，满足与对颌牙的咬合及表面光顺的要求，而且调[牙合]过程由程序自动完成，满足临床使用的要求。     

基于粗糙集神经网络的刀具磨损监测的研究

针对多传感器刀具磨损监测系统输入维数较多、神经网络结构复杂、收敛速度慢等缺点,提出了粗糙集和遗传算法优化神经网络的模型.该模型首先利用粗糙集理论的属性约简对输入数据进行处理,从而达到减少神经网络输入维数、简化神经网络结构的目的.然后通过遗传算法优化神经网络的初始权值和阈值,以提高神经网络的收敛速度,避免神经网络陷入局部极值点.将该模型应用到刀具磨损监测,通过对声发射信号和电流信号进行处理,提取特征向量值,将特征值先通过自组织神经网络进行连续属性离散化,再通过粗糙集理论进行属性约简,最后通过遗传算法优化的BP神经网络进行识别,取得了很好的效果,证明了此模型的有效性和可行性.     

基于二维Delaunay近邻的空间散乱数据曲面重建算法

给出了一种新的散乱数据曲面重建算法。算法基于曲面的局平特性，通过二维Delaunay三角剖分到三维空间的映射，快速查找空间任意点的Delaunay近邻，然后根据散乱数据重建三角网格中顶点互为Delaunay近邻的原理，进行曲面拓扑重建。应用新的求解κ-近邻和二维Delaunay近邻的算法，提高了曲面重建的算法效率。实验表明，该算法高效、稳定，对不均匀数据有较好的适用性。     

Influence of surface roughness features on mixed‐film lubrication

An optical technique (three‐dimensional spacer layer imaging) has been developed to map accurately lubricant film thickness in thin‐film elastohydrodynamic (EHD) contacts. This experimental technique has been used to study the influence of surface roughness features, asperity height, and slope on EHD film thickness and pressure. Single ridges transverse to the entrainment direction were used to represent asperities. It was found that the ridges with lower slopes generate films of greater minimum thickness. Below a certain entrainment speed, the minimum film thickness declined at a rate dependent on the ridge slope. At low speeds, the ridges with higher slopes entrapped a larger volume of lubricant ahead of the ridge and along the entrainment direction. For all speeds, the highest ridges entrapped the most lubricant. Both ridge slope and ridge height had a negligible effect on mean film thickness in the contact. Asperity pressure increased with higher ridge slope, but was not influenced by entrainment speed. An increase in pressure was found where lubricant is entrapped upstream of a ridge.     

Experimental Study of Lubricant Film Thickness Behavior in the Vicinity of Real Asperities Passing through Lubricated Contact

This article presents an experimental study of the influence of real surface micro-geometry on the film thickness in a circular elastohydrodynamic (EHD) contact formed between a real, random, rough surface of steel ball and smooth glass disk. Phase shifting interferometry was used to measure in situ initial undeformed rough surface profiles, whereas thin film colorimetric interferometry provided accurate information about micro-EHD film thickness behavior over a wide range of rolling speeds. Two real roughness features were studied in detail—a 56-nm-high ridge and a 90-nm-deep groove, both transversely oriented to the direction of surface motion. It was shown that the ridge is heavily deformed in a loaded contact and its height increases with increasing rolling speed. The asperity tip film thickness behavior is quite similar to the contact average film thickness when the film thickness is higher than the undeformed ridge height. However, below this limit the film is thicker than what the EHD theory predicts. For the groove, a local reduction in film thickness at the leading edge was observed. When the groove is passing through the EHD conjunction, it maintains its undeformed shape. The behavior of both roughness features studied shows good agreement with previous experimental observations conducted using an artificially produced ridge and groove.     

改进平衡优化器的超声电机无模型自适应控制

为了提高超声电机的控制性能,将基于数据驱动的无模型自适应控制（Model Free Adaptive Control,MFAC）方法应用到超声电机的速度控制中,并针对MFAC存在参数调整困难的问题,提出一种改进的平衡优化器（Improved Equilibrium Optimizer, IEO）算法用于MFAC参数寻优。首先,利用自适应生成概率策略来平衡算法的探索与开发能力;其次,引入折射反向学习策略来扩大解的搜索范围,提高算法的收敛速度,同时采用柯西变异策略来提高算法跳出局部最优的能力;最后,提出一种改进的时间乘以绝对误差积分（Improved Integral Time Absolute Error, IITAE）指标函数用于MFAC的参数寻优。仿真和实验结果表明,与基于原始平衡优化器算法的MFAC相比,基于改进平衡优化器算法的MFAC的稳态误差和调整时间明显减小,系统的控制性能得到显著提高。