层析扫描声学显微镜的研究

为了获得被测样品三维信息同时具有较高的分辨率，在电子科技大学光电声学信息处理研究中心研制成功的激光扫描声学显微镜的基础上，通过检测电路、数据获取等方面进行的硬件改进以及相应的算法研究，获得了合理有效的重建数据，将非线性衍射层析成像算法引入到改进后的SLAM系统中，得到了层析扫描声学显微镜的样机，并且在实验上获得了清晰的集成电路样品的三维层析图像。     

基于压缩感知的新型声信号采集方法

介绍了一种基于压缩感知的声音信号采集方法,特别适合于无线传感器网络的声学监控应用,能够大大降低采样过程中对硬件采样速率和能量的需求,同时减轻了无线通信的负担,从而实现无线传感器的低成本化和实用化.利用声学信号在频域中的稀疏性质,在压缩感知相关理论的指导下设计了一种新型的随机压缩采样方法,实现了信号有用信息的高效获取;同时,利用加权L1 -magic算法对信号进行重构,完成完整的信号采集过程.仿真及实验表明,该方法能够实现在1/10以下标准采样频率下的声信号采集.     

非线性盲提取冷却塔声学诊断研究

提出了一种基于盲提取算法的冷却塔故障诊断方法。该方法以采集到的冷却塔的声信号为基础,通过计算各测点测得声信号的联合熵达到最小为目标,首先对输入信号进行去均值和去相关的预处理,使信号能够适用于盲提取算法,然后利用随机梯度算法从处理过的输入信号中提取出故障声信号,并根据故障信号进一步判断故障类型,从而实现声学诊断。实验结果表明,该方法能有效提取冷却塔的故障噪声信号,与其它盲提取方法相比具有明显的优越性。     

基于双目视觉和声阵列的声学摄像机的开发

基于双目视觉技术和阵列测量方法设计实现了一种声学摄像机,可以实现声场的动态视频可视化.基于波束成型原理,利用十字阵列实现空间声场的动态测量,构造空间指定位置的二维声场云图.利用双目立体视觉技术,实现被测空间的空间位置定位,与通过声阵列方法获得的声场图像建立统一的时间空间坐标系,实现声场图像和视频图像的融合,实现空间声场的视频可视化,达到准确、直观地进行声源定位和显示的目的.     

基于OMAP3530的声/光一体化成像系统

本文主要研究基于OMAP3530高性能DSP芯片的水下声/光一体化成像系统实现,利用DSP核实现多子阵幅度-相位联合检测算法,根据DSP核计算出的深度值利用运行于PowerVR核中的OpenGL ES库实现三维声学成像,利用ARM核实现光学图像采集以及辅助设备数据采集,并利用QT/E设计的人机交互界面对声学三维图像信息和光学成像信息同时进行实时显示。本方案充分发挥了OMAP处理器的三核性能。系统对松花湖实验数据进行有效处理,证明了系统技术方案的正确性和技术指标的先进性。     

利用模态声发射技术监测飞机主结构件的日历损伤

研究了腐蚀特别是点腐蚀过程产生声发射(AE)的源机制及AE信号特点,推导了AE信号幅度与腐蚀深度及频率的关系,并说明该关系对利用AE技术监测腐蚀损伤的意义。论述了利用模态声发射(MAE)技术识别腐蚀AE信号的理论根据,介绍了利用MAE技术对飞机主结构件日历损伤进行评估的方法。基于试验获得的航空用铝合金材料在加速腐蚀过程中的声发射信号与腐蚀损伤的关系对研究材料损伤程度与声发射强度之间的内在联系有重要意义。试验表明,腐蚀能远在被肉眼发现之前即可很方便地用AE仪器检测,利用AE技术探测早期腐蚀、研究腐蚀发展规律、监测和评估腐蚀损伤具有极其良好的应用前景。     

新型PVDF声发射传感器的设计方法及应用

基于声发射技术研制了一种新型PVDF压电传感器。介绍了声发射传感器的结构、工作原理以及声发射传感器压电元件、背衬材料、声匹配层和前置放大器接口电路设计对传感器灵敏度、分辨率和信噪比的影响。利用美国物理声学公司声发射信号数据采集处理DiSP系统进行了断铅信号采集试验。测试结果表明：设计的新型PVDF声发射传感器对断铅信号具有宽频带响应。应用研制的新型PVDF声发射传感器、数字示波器和计算机组成的数据采集处理系统对4M20氮氢气压缩机六段排气阀进行了状态监测，结果表明新型声发射传感器能够用于设备状态监测，设计方法可行。     

视觉SLAM中图像特征点提取与匹配算法研究

在视觉SLAM(visual Simultaneous Localization And Mapping,v SLAM)中,利用提取到的图像特征点进行相机位姿估测是一种非常重要的位姿估算方法,为了实现相机的定位,图像特征点必须具备鲁棒性、尺度性和高效率等特点。介绍了图像特征点提取与匹配在视觉SLAM中的作用和场景中图像特征点需要具备的特性;对几种主流的图像特征点提取算法,即尺度不变特征变换(Scale Invariant Feature Transform,SIFT)算法、加速稳健特征(Speeded-Up Robust Features,SURF)算法、快速特征点提取与描述(Oriented FAST and Rotated BRIEF,ORB)算法分别进行了简要说明;并通过设计实验,在室内环境中,对几种图像特征点提取算法的运行效率和图像特征点匹配正确率进行了对比测试。实验表明,ORB算法在运行效率和匹配正确率上占据优势,能够较好地满足视觉SLAM中实时性和鲁棒性的要求。     

某钛合金材料拉伸过程的声发射特征

介绍了某钛合金板状试样的静力拉伸试验,通过分析材料形变过程声发射信号特征,获得了声发射关键特征参数-幅度的分布规律.进一步测试了模拟声波信号通过该材料传播的速度和衰减,利用这些基础数据,可以在某型飞机全机疲劳试验的声发射实时监测过程中,根据损伤位置与损伤信号幅度的协调关系,进行损伤识别.     

改进3D SLAM算法在移动机器人上的应用

实现移动机器人的同步定位与建图(SLAM)是实现移动机器人真正意义上自主导航的关键。越来越多的研究者开始关注基于机器视觉的SLAM技术,这是因为它具有丰富的信息和低廉的价格。针对传统的室内环境下的3D SLAM存在实时性差、鲁棒性低等问题,提出了一种改进的RGB-D SLAM算法,利用主成分分析法(PCA)对特征描述子进行降维处理,以加快图像匹配的速度。同时针对RGB-D SLAM过程中平移和旋转较慢这一特征,提出了一种将图像区域分块匹配的方法,提高了特征点匹配的效率,降低了误匹配率。同时限制所划分的区域内的特征点数目,使得提取到的图像特征更均匀。为了克服原始RGB-D SLAM的效率不佳问题,采用了RTAB-MAP来实现RGB-D SLAM。在后端,g2o用于机器人的轨迹和全局地图优化。     

钢板声发射时间反转聚焦增强定位方法

声发射检测方法具有实时动态监测优点,应用越来越广泛,但是对声源的定位始终没有更大的突破。在钢板声发射检测中,提出一种基于时间反转理论的声发射源准确定位的方法。由于声发射检测是一种被动检测技术,结合时间反转聚焦理论,推导出对声源信号实现时间反转聚焦增强处理方法,可增强检测信号中声源幅值,提高信噪比;然后根据声源信号到达时间推算出声源聚焦时刻,利用弹性波传播理论对传感器监测区域重建信号传播波动图,显示出声源位置和区域;最后通过实验测试对该方法进行验证,结果表明该方法能有效提高损伤声源信号的能量,对检测区域的信号重建和定位显示准确地给出损伤声源位置。     

无须测量声速的声发射源定位方法研究

为消除声速测量偏差给声发射系统带来的定位误差，本文提出一种多探头定位方法。从理论上导出了该方法的线定位和平面定位计算公式，并用AE21C型四通道声发射仪在碳钢管道和平板上以铅笔芯折断产生信号为模拟源进行了实验验证，结果表明用这种新的方法具有较高的定位精度，且定位时只要利用原系统的门槛跨越技术测量各探头接收到信号的时差即可，不必测量传声媒质的声速。     

声波透射法桩基检测中声测管弯斜小波分析

为消除声测管弯斜对桩基检测结果准确性的影响,根据一维小波分析原理,在深入分析声波透射法测管弯斜时检测信号特点的基础上,运用一维小波分析原理通过计算机模拟得到了弯斜识别效果最优的小波函数。建立了声测管弯斜修正模型,利用修正模型对实际工程中某桥梁桩基声测管发生弯斜的检测数据予以修正,修正后的数据不仅能够消除声测管弯斜对检测数据的影响,且保留了检测信号中有用的高频信息,取得了较好的修正效果。     

基于负折射率声透镜的亚波长分辨率光声实时成像方法

基于负折射率材料的信号处理技术为光声图像的研究提供了新的思路。光声成像是一种全新的非破坏性生物光子技术,是一种基于生物组织内光吸收差异的成像方法。然而,当前的光声成像方法主要依靠传感器扫描工作,而传感器阵列有其固有的缺点,导致实时性较差,因此,普通的光声成像方式具有一定的局限性。但是,利用具有负折射率的声透镜特性(如聚焦、滤波、定向等)构成的成像方式可以解决普通光声成像中的这些局限性问题。本文在对负折射率声透镜的负质量响应和负折射率成像进行优势分析后,提出了利用声透镜改变当前扫描成像的方法。模拟分析实验结果表明,所设计的声透镜直接成像方案达到了预期效果,透镜成像后像点的声压分布与吸收体原始的声压分布基本一致。此外,0.6倍波长的实验图像结果说明本文实现了亚波长的光声成像效果。     

基于智能手机TDOA估计的被动声源定位方法与系统实现

被动目标监测广泛应用于国防、安全等领域。针对被动声目标监测,首次提出了基于手机平台的被动式声目标定位方法,并设计和开发了原型系统。针对手机间时钟同步对被动式信号到达时间差精度的影响,采用手机内置的麦克风和扬声器发送和接收同步声信号的方式,从而避免了节点间无线同步到声信号采集间的时间延迟不确定性。为了提高信号发送和接收时刻的估计精度,将时间戳信息调制到设定的线性调频声信号,并采用广义互相关方法来实现信号波形检测。进一步,针对被动目标声源的非合作特性,采用统计判决理论和语音活动性检测相结合的方法对观测信号进行联合检波,获得被动目标声源到达时间的高精度估计,即被动声源到手机间的到达时间差。最后,通过多部手机搭建了原型系统并设计实验,结果表明定位误差不超过10%的概率达到80%。     

针对不连续带洞结构的声发射源定位方法研究

由于兰姆波在舷窗等带孔结构表面的传播路径不再是线性路径,传统方法难以解决撞击的声源定位问题。 本文针对该 问题,提出了一种基于声发射的网格映射概率成像定位方法。 该方法通过建立网格映射模型解决了信号传播的非线性路径难 题,并通过对网格节点的信号最快传播路径计算得到相应的理论时间差值。 之后利用自适应能量阈值方法与 AIC 方法计算信 号的实际到达时间差,通过比较理论值与实际值的偏差构建概率图像以实现定位解算。 通过有限元模拟分析了带洞结构对兰 姆波传播路径的影响,给出信号传播路径的确定依据。 通过对 32 个撞击点的定位实验验证了定位方法的可行性,平均绝对误 差为 1. 15 cm。     

基于全局和局部特征融合的图像匹配算法研究

针对移动机器人视觉同时定位与地图构建过程中图像处理速度慢以及特征点匹配实时性和准确性差的问题,提出基于颜色特征和改进SURF算法融合的图像匹配算法。首先,采用颜色特征对图像序列进行粗匹配,选取与测试图像最相近的5幅图像作为待匹配图像;其次,改进SURF算法,用Krawtchouk矩对采用Hessian矩阵获取的关键点进行描述,计算关键点的梯度方向和幅值,得到新的特征向量,对待匹配图像提取改进SURF特征再与测试图像进行精确匹配,得到最佳匹配图像,此匹配算法提高了移动机器人图像处理的速度和精度。实验结果表明,改进算法的误匹配率降低10%左右,程序运行时间减少,在可靠性得到保证的同时适应于实时性应用。     

基于模态分析和小波变换的声发射源定位新算法研究

针对传统声发射源定位中，声发射信号到达传感器的时间受设定门槛电压影响很大，导致声发射源定位效果较差，提出了一种声发射源定位新方法。根据模态声发射理论，携带声发射源信息的声发射信号在结构中传播过程中，具有频散现象和多模态特性。因此，声发射源定位应基于同一频率下、同一模态导波到达各个传感器的时间和传播速度。通过对声发射信号进行Gabor小波变换的方法，在时频空间内确定某一频率下某一模态导波到达传感器的时间；并通过数值计算得到该频率处模态导波的群速度，从而实现声发射源的准确定位。通过薄板中声发射线源定位试验，证明了该定位算法的有效性。     

干涉型光纤语音传感器及语音降噪方法研究

近年来,光纤语音传感器已经引起科研界的广泛关注,如何提高语音探测质量是所有类型光纤语音传感器都面临一个关键问题。提出了一种新型小波包语音提取方法,用来提高光纤语音传感器语音探测质量。基于光纤干涉仪原理,搭建了光纤语音传感实验系统。实验结果表明,无论是与硬阈值处理方法还是与软阈值处理方法相比,新阈值处理方法都提高了信噪比。并且保证了语音信号的连续性,改善了语音质量。本方法可广泛应用于语音探测领域,特别是实时语音探测。