剪切干涉测量中基于Zernike多项式的自适应波前重建

提出一种剪切干涉测量中被测波前重建的新方法，该方法基于Zernike多项式最小二乘拟合的基本原理，通过自适应的方式来确定波前重建表达式。推导出剪切相位Zernike多项式系数与被测波前Zernike多项式系数的直接转换矩阵，提出了自适应确定多项式级次的新算法，给出了相应的波前重建数学模型。对算法进行了计算机模拟，并应用于实际剪切干涉测量，结果证明该方法具有可靠的波前重建精度。     

采用单位激励影响矩阵数值计算的瑞奇-康芒检测技术

在影响矩阵法瑞奇-康芒检验中,恢复被测面形的关键在于构建被检平面面形误差与系统波像差之间的Zernike系数影响矩阵。为了提高瑞奇-康芒法的检测精度,研究了采用单位激励法来精确计算影响矩阵的方法。分别重构平面镜仅包含某一种Zernike波像差下的系统波像差分布,经Zernike拟合得到该种Zernike像差的影响系数向量;由各Zernike像差的影响系数向量组成影响矩阵,然后用最小二乘拟合出被检平面面形。对口径为90mm的平面镜进行实际检验,在瑞奇角为26.5°与40.6°的情况下进行波前恢复,得到被检平面镜PV值为0.141 3λ,RMS为0.019 4λ。与直接采用平面参考镜检测相比,瑞奇-康芒法检测误差PV值为0.082 8λ,RMS为0.010 9λ。该方法能够精确生成影响矩阵,抑制了影响矩阵法中对大F数的依赖,可用于精确恢复平面镜面形。     

非接触式异步振动参数辨识仿真研究

简要介绍了叶尖定时测振原理,基于单自由度振动原理,利用三角函数和最小二乘法建立了异步振动重构方法。为提取重构方法中关键参数-相位差,通过分析传统FFT算法和全相位FFT算法的优缺点,建立了融合传统FFT算法与全相位FFT算法的相位差提取方法。数值仿真表明:异步共振频率计算值与真实值的差值为0.06 Hz,误差为0.017%;幅值计算值与真实值的差值为0.1 um,误差为0.05%。建立的异步振动重构方法合理可行,能够满足工程试验的需求。     

估计基本矩阵的一个新方法

基本矩阵在机器视觉中有着广泛的应用.提出了估计基本矩阵的一个新的线性方法.该方法基于正交最小二乘技术,利用对应最小特征值的两个特征向量,构造了一个3×3的广义特征值问题,该问题的解不仅给出了基本矩阵,而且给出了相应的极点.与其它方法比较,该方法可以获得更精确的结果.     

双频激光干涉仪中的数字相位计设计

基于Altera公司FPGA芯片,提出了一种基于双频激光干涉仪系统中数字相位计的实现方法。该相位计用于测量系统中被测信号和参考信号之间的相位差角度,间接测量激光干涉仪的光程差信息。被测信号经过光电接收器以及A/D模数转换成数字信号送到FPGA芯片中,与FPGA内建的查找表参考信号做正交相关法解调运算,得到一组X-Y值,再利用CORDIC算法计算arctan函数获取相位差,最后计算出干涉仪的光程差,算法的全过程使用FPGA硬件实现。实验结果表明,该相位计使双频激光干涉仪的相位差测量精度在0.01°以内。     

六自由度关节式坐标测量机关节零位偏差的标定算法

关节式坐标测量机的关节零位偏差是由装配工艺误差引起的,对测头末端的空间位姿误差影响极大。本文在建立六自由度关节式坐标测量机数学模型的基础上,应用全微分、最小二乘法和迭代算法等数学方法,建立了关节零位偏差的线性标定算法,并通过计算机仿真计算验证了该标定算法的正确性     

位标器陀螺转子动平衡测量的数字方法

介绍一种采用两步法进行位标器陀螺转子动平衡测量的数字方法.首先采用自适应数字陷波滤波器来进行频率的测量,然后采用线性最小二乘法来求出幅值和相位差的大小.两步的算法均为线性算法,具有收敛速度快、计算准确的特点.     

基于超定方程组的相位激光测距解模糊算法

快速准确的测距解模糊算法是相位式激光测距仪实现快速测距的关键问题。研究了一种基于超定线性方程组的相位测距解模糊算法,该算法避免了对最优解的搜索,因而运算量小、求解速度快。首先使用差频测相法在较大的不模糊距离上捕获到目标,获得近似距离值,然后使用这一距离值准确求解出不同频率调制波之间的周期数之差,从而构建超定线性方程组,最后应用最小二乘法求解出准确距离。同时还对该算法的2种解法进行计算机仿真,比较仿真结果,选取用间接法求解目标距离,并对该解法进行了精度分析。对3台K-60系列激光测距仪在精度为0.18 mm的国家标准基线上进行了测距试验,结果表明,3台样机的平均测量误差小于2 mm,测量标准差小于1 mm,验证了该算法是有效的。     

机器人手眼校准线性算法及可靠性分析

机器人手眼矩阵计算是机器人视觉、机器人校准以及视觉伺服等研究领域共同的课题。文中利用矩阵直积和参数矩阵特征向量推导了机器人手眼转换矩阵的线性方程 ,通过最小二乘法得到线性闭解 ,采用Rodrigues公式对所求解的旋转部分进行正交化以消除测量噪声的影响 ,由计算试验证明正交化所引入的误差在绝大多数情况是允许的 ,所求线性解严格满足手眼方程。并通过数值仿真计算 ,验证了算法对测量数据的平移、转动扰动具有较高的鲁棒性。     

电定标热释电辐射计系统的数字相位计

基于Altera公司cycloneⅢ系列EP3C5芯片,提出了一种基于电定标热释电辐射计（ECPR）系统中一种数字相位计的实现方法.该相位计的作用是调整系统中被测信号和参考信号之间的相位差,使得相敏检波的幅度达到最大,从而提高光功率的检测精度.将被测信号A/D转换成数字信号送到FPGA芯片中,与查找表中的参考信号做I-Q正交解调算法,得到一组I-Q值利用CORDIC算法计算arctan函数荻取相位差,最后做出相应的信号同步调整.实验结果表明,该相位计使辐射计系统的测量光功率值的精度得到了改善和提高,系统运行更加稳定,当测量精度为1mW,其不确定度为1％.     

基于SVD的直线电机动子位置的高精度测量方法

针对直线电机动子位置测量的高精度和实时性要求,提出了一种基于奇异值分解(SVD)相位相关算法的高精度图像测量方法。通过直线电机动子上的高速相机采集相邻栅栏图像,采用单行抽样栅栏条纹数据,再利用相位相关技术得到相邻栅栏图像的相位相关矩阵,进而利用SVD得到水平位移相位矢量。通过相位解缠算法和最小二乘法线性拟合得到二幅栅栏图像的亚像素位移量,将相邻栅栏条纹的像素位移值和动子实际位移进行标定,结果用于直线电机动子位置测量系统标定。并且进行傅里叶变换前采用Hanning窗抑制频谱泄露,提高匹配精度。实验结果表明,该直线电机动子位置的亚像素测量方法可以满足实时性和高精度测量要求。     

基于E-SPCM的直线电机动子位置高精度测量方法研究

针对直线电机动子位置测量,引入一种基于扩展采样相位相关法(E-SPCM)的亚像素位移图像检测方法,以提高测量精度和抗干扰性。首先建立了直线电机位置检测系统,通过高速相机实时采集条纹图像序列;其次对条纹图像进行边缘特征提取,利用相位相关得到相邻条纹图像的互功率谱,即动子位置的整像素位移;进而对整像素邻域的互功率谱进行上采样相位相关计算,实现高精度的亚像素位移测量,进一步由系统标定得到实际位移值。对比传统相位相关算法,所采用的方法能够提高测量精度且有很好的噪声抑制性能,最后搭建了实验检测平台,验证了算法的有效性。     

基于四阶累积量的测深侧扫声纳波达方向估计方法研究

针对高频测深侧扫声纳工作时会受到高斯色噪声影响的问题,提出基于四阶累积量及幅相误差自校正的波达方向估计方法。首先,计算声纳回波信号的四阶累积量,得到协方差矩阵;其次,采用加权平均算法对协方差矩阵进行降维处理,得到构造矩阵;再次,通过恢复构造矩阵的Toeplitz特性完成幅相校正,并增加相位线性拟合算法进一步提升校正效果;最后,采用求根多重信号分类(Root-MUSIC)算法求解得到波达方向估计。仿真结果表明,本文算法的角度估计均方误差相对于基于自校正的Root-MUSIC算法有约0.07°的提升,改善了四阶累积量算法在阵元幅相误差条件下估计精度下降的问题。海试数据分析表明,本文算法的相对测深精度相对于基于自校正Root-MUSIC算法有约0.03%～0.08%的提升,且在水平距离90 m范围内的满足0.75%的测深精度标准。仿真和海试数据均证明了本文算法在高斯色噪声及阵元幅相误差条件下的DOA估计性能优于传统算法。     

Algorithm for detecting volumetric geometric accuracy of NC machine tool by laser tracker

Quick and accurate detecting the error of NC machine tool and performing the error compensation are important to improve the machining accuracy of NC machine tool.Currently,there are many methods for detecting the geometric accuracy of NC machine tool.However,these methods have deficiencies in detection efficiency and accuracy as well as in versatility.In the paper,a method with laser tracker based on the multi-station and time-sharing measurement principle is proposed,and this method can rapidly and accurately detect the geometric accuracy of NC machine tool.The machine tool is controlled to move in the preset path in a 3D space or 2D plane,and a laser tracker is used to measure the same motion trajectory of the machine tool successively at different base stations.The original algorithm for multi-station and time-sharing measurement is improved.The space coordinates of the measuring point obtained by the laser tracker are taken as parameter values,and the initial position of each base point can be determined.The redundant equation concerning the base point calibration can be established by the distance information of the laser tracker,and the position of each base point is further determined by solving the equation with least squares method,then the space coordinates of each measuring point can be calibrated.The singular matrix does not occur in calculation with the improved algorithm,which overcomes the limitations of the original algorithm,that the motion trajectory of machine tool is in a 3D space and there exits height difference between the base stations.Adopting the improved algorithm can expand the application of multi-station and time-sharing measurement,and can meet the quick and accurate detecting requirements for different types of NC machine tool.     

等几何多重网格法在雷诺方程中的应用

相比于有限元法,等几何法求解偏微分方程能以较少的自由度达到更高的求解精度。而多重网格法在处理大规模方程组求解方面应用广泛。为了满足流体仿真对雷诺方程求解的精度与速度的要求,对将等几何法与多重网格法相结合的方法求解雷诺方程进行了研究。文章首先对雷诺方程进行推导,建立适于等几何法的求解模型;然后研究了节点插入的细分算法,构建基于h细化的各层控制点网格之间与阶次相适应的映射矩阵,提出了基于h细化的等几何多重网格法求解模型并。通过不同计算实例发现:等几何多重网格法计算效率明显优于单纯等几何法。     

基于多峰拟合的直线电机动子位置精密测量方法

为满足直线电机动子位置的高精度测量要求,提出一种基于多峰拟合相位相关算法的直线电机动子位置精密测量方法。通过直线电机动子上的高速相机采集相邻栅栏图像;采用相位相关算法得到相邻栅栏图像的相位相关函数;根据相位相关频谱的峰值分布特性,采用多峰拟合获得相邻栅栏图像的亚像素位移值;根据测量系统标定系数,进而获得直线电机动子位置的精确位置。实验结果表明,该亚像素测量方法用于直线电机动子位置检测能达到精密定位,测量精度为1/100 pixel,且具有较强的鲁棒性和较高的实时性。     

应用改进迭代最近点方法的三维心脏点云配准

在医学多图谱配准中,为了改善因初始位置差异较大、形状复杂和局部残缺导致的配准效率低和精度差的问题,本文采用了先粗配准再精配准的处理策略,在主成分分析法(PCA)实现粗配准的基础上,提出了基于双向距离比例的迭代最近点(ICP)的精配准算法。精配准算法中,首先采用KD-tree进行最近邻搜索以提高对应点对的搜索速度,然后为每个点提出了双向匹配方法并计算其双向距离和比值,为进一步提高配准精度,引入了一个指数函数判断点对正确匹配概率,最后运用奇异值分解法(SVD)计算最终变换矩阵。为了验证算法的可行性和有效性,分别设计了不同缺损程度的斯坦福点云数据实验和两组CT心脏点云数据配准实验,结果表明本文方法较经典ICP算法的平均误差减少约21%,较TrICP算法减少约13%,在心脏点云数据配准实验中,本文方法较TrICP算法的15.5 s加快到1.77 s。因此本文方法在解决三维心脏点云数据的配准问题中具有良好的效率、精度和稳定性。     

相位高度的显函数模型及其标定

由于传统的相位轮廓术(PMP)使用的相位高度模型参数存储空间大,标定计算成本高,本文由绝对相位与深度坐标的关系推导出相位差高度模型的显函数模型,并提出了一种基于未知标定平面的灵活标定方法。该模型只需9个非共线的像素数据即可计算出模型的15个参数,降低了计算量,节约了内存空间。提出的标定方法无需精密运动台,标定板无需覆盖整个测量范围,无需知道位置姿态,降低了标定成本,提高了标定的灵活性。对提出的模型和标定方法分别进行了仿真和实验,仿真结果验证了相位高度显函数模型的正确性和标定方法的有效性。对提出的模型和标定方法在实际的结构光系统中进行了实验,用标定后的系统对实际物体进行了测量,结果表明三维曲面具有较高的质量,证明了提出方法的可行性。     

采用人体树图与混合粒子群聚类的行人检测

为提升辅助驾驶系统的可靠性及安全系数,实现更高精度的行人检测,基于人体树图模型提出了一种改进的离线训练、在线检测的行人检测方法。首先,定义人体部件间的共生关系,得到对应父子部件对,结合K-means算法对其位置关系进行聚类获得部件类型。为兼顾类内紧密性与类间分离性,采用MSE和DBI构建具有两阶段适应度函数的混合粒子群聚类算法,在有效估计各部件最优聚类中心数量的同时,消除随机初始化对聚类准确率造成的影响。其次,将优化聚类得到的部件类型作为隐藏变量,通过求解隐结构SVM获取改进后的人体检测模型。最后,通过动态规划算法求解状态转移方程,在多个尺度上有效估计人体部件位置及检测包围盒,并结合非极大值抑制思想得到最终的行人检测结果。实验结果表明,所提方法在检测性能上明显优于5种行人检测方法,并且相比于原始Pose-original方法,在INRIA和ETH数据集上的丢失率分别下降了8.14%和5.05%。实验证明该方法检测性能良好且具有较高的准确性和鲁棒性。     

小波变换轮廓术中快速相位展开方法研究

针对小波变换轮廓术中相位展开的精确性和快速性问题,提出了一种新的适用于小波变换轮廓术的相位展开方法.在使用小波变换得到条纹图像的相对相位分布的基础上,详细分析了利用小波变换脊处的尺度因子建立质量图指导相位展开的理论依据和实现方法,这种质量图建立方法有效反映了条纹图像各点的可靠性.在相位展开方面,针对全局洪水相位展开算法计算时间较长的问题,提出了根据质量图将相对相位分布图分层,然后逐层采用不同算法展开的方法.与全场洪水相位展开算法相比,该方法在保持较高测量精度的同时极大减少了相位展开所需的运算时间.计算机仿真和实物测量实验说明使用该方法可以得到准确的绝对相位值,处理速度较快.