A Gaussian process and image registration based stitching method for high dynamic range measurement of precision surfaces

Optical instruments are widely used for precision surface measurement. However, the dynamic range of optical instruments, in terms of measurement area and resolution, is limited by the characteristics of the imaging and the detection systems. If a large area with a high resolution is required, multiple measurements need to be conducted and the resulting datasets needs to be stitched together. Traditional stitching methods use six degrees of freedom for the registration of the overlapped regions, which can result in high computational complexity. Moreover, measurement error increases with increasing measurement data. In this paper, a stitching method, based on a Gaussian process, image registration and edge intensity data fusion, is presented. Firstly, the stitched datasets are modelled by using a Gaussian process so as to determine the mean of each stitched tile. Secondly, the datasets are projected to a base plane. In this way, the three-dimensional datasets are transformed to two-dimensional (2D) images. The images are registered by using an (x, y) translation to simplify the complexity. By using a high precision linear stage that is integral to the measurement instrument, the rotational error becomes insignificant and the cumulative rotational error can be eliminated. The translational error can be compensated by the image registration process. The z direction registration is performed by a least-squares error algorithm and the (x, y, z) translational information is determined. Finally, the overlapped regions of the measurement datasets are fused together by the edge intensity data fusion method. As a result, a large measurement area with a high resolution is obtained. A simulated and an actual measurement with a coherence scanning interferometer have been conducted to verify the proposed method. The stitching result shows that the proposed method is technically feasible for large area surface measurement.     

基于短基线双目内窥镜成像系统的3D视频标定与校正

为了解决短基线双目内窥成像系统获得的视频图像在裸眼3D显示设备中观看到的视频纵深感和立体感较弱的问题,通过分析双目内窥镜的参数以及立体视频中图像对的视差,提出了基于短基线双目内窥成像系统的立体视频校正和视差调整方法。首先,对采用的双目结构内窥系统进行相机标定,获取各相机参数和相机间的位置参数;其次,利用获得的参数进行相机视频校正,再针对裸眼3D显示设备对视频源的参数要求进行图像对的视差调整,最终获得符合裸眼3D立体显示设备要求并适合人眼观看的双目内窥系统实时显示立体视频。通过实验验证了方法的可行性,实际搭建了一套基线距离为8 mm的短基线双目内窥成像系统,原始视差范围(0,64)像素,经视差调整后达到（-30, 30）像素,双路并行视频处理25 帧/s并实时显示。与实验室设计的裸眼3D立体显示系统匹配,可实现具有明显立体感的医用内窥镜实时裸眼3D成像。     

基于混合映射的高动态范围场景再现

高动态范围场景再现技术广泛应用于消费电子、虚拟现实、摄影以及计算机视觉等领域。针对目前大多数高动态范围场景再现方法很难有效兼顾场景的整体效果和局部细节的问题,本文提出了基于混合映射的高动态范围场景再现方法。首先将输入的高动态范围场景从RGB颜色空间转换到HSV颜色空间,得到原始图像的3个分量:色调、饱和度和亮度;然后利用对数方程将亮度分量转换到对数域,以便符合人类对场景亮度的感知机理,并利用具有sigmoidal函数特性的反正切函数自适应地压缩全局动态范围,以得到良好的整体效果;接着采用改进的SSR方法对全局压缩后的亮度图像进行局部映射,以增强图像亮区和暗区的细节信息;最后,对饱和度分量进行自适应调整,并将图像由HSV颜色空间转换到RGB颜色空间得到最终的映射图像。选取10组不同的高动态范围场景,从主观和客观两方面进行比较分析。实验结果表明:本文提出的方法既保持了良好的整体效果,又充分保留了图像的局部细节,使图像看起来更加生动自然;同时该方法计算速度快,具有很高的效率。本文算法优于其他5种典型的比较算法,在大多数高动态范围场景再现过程中取得了令人满意的效果。     

基于SiPM的高灵敏度大响应范围的弱光探测系统

为了满足在极低和较高光功率范围内对光信号的探测,提出了基于硅光电倍增管(SiPM)的弱光检测系统,该系统包含自动调节偏压电路、电流-电压转换电路、小信号放大电路和滤波电路。测量不同偏压下SiPM的输出与入射光信号之间的关系,实验结果显示,偏压对SiPM的输出有很大影响,不同偏压下,SiPM的探测能力和探测范围都不相同。此外,该系统对25 pW到1.75μW的光信号都有响应,能在极低和较高光功率范围内对光信号进行连续探测。     

基于传感阵列的动态足底压力分布测量系统

足底压力分布与人体健康具有很大关联性,足底压力分布异常变化是某些足病的早期症状。为帮助患者预防足病,实时监测足底压力分布,研制了一种基于触觉传感阵列的动态足底压力分布测量系统。系统共有48个传感单元,测量误差小于2.4%,可对足底各区域压力进行精确采集,并采用可穿戴式设计,将数据采集系统固定于脚踝,通过蓝牙与上位机连接。此外,针对传统压力分析方法无法对运动过程中压力分布变化进行分析的缺陷,提出了一种动态足底压力分布分析方法,通过支持向量机对人体足底压力数据进行分类,达到了98.6%的分类正确率;并在此基础上引入步态相典型压力分布指标,与传统分析指标相结合,实现对人体健康状态的分析与评价。实验证明,该系统可以准确测量运动状态下的足底压力分布、分析异常状态下的压力分布变化并对压力异常区域进行预警。     

基于不同积分时间帧累加的红外图像超帧方法

针对大多数常规红外成像系统单帧成帧时间内探测器组件响应动态范围有限,以及超帧算法需要借助其他复杂装置或专用电路的不足,提出了一种基于不同积分时间帧累加的红外图像超帧处理方法,采用电子学处理方法对整个超帧处理过程进行了研究。分析了限制红外探测器响应动态范围的原因,简单介绍了帧积分方法的原理和利弊。然后对不同积分时间下获得的图像进行了非均匀性校正、帧信息融合和新帧映射。实验结果表明:本文方法提高了系统的噪声等效温差(NETD),捕获了更多的场景原始图像信息,丰富了图像的灰度层次,增加了图像的信息熵。该方法能够等效拓展探测器的响应动态范围,增加场景原始信息的捕获,提高成像系统的输出信号信噪比以及探测灵敏度。     

静力压桩机自动调平系统的逆动力学模型研究

静力压桩机调平系统的逆向动力学模型是求解自动调平控制系统的关键,压桩机实时控制过程中出现"虚腿"的原因之一即是缺少动力学分析.为此,从压桩机的结构入手,考虑平台运动和液压控制系统的耦合,建立调平机构动力学模型,并对其进行动态过程研究,结果满足调平系统快速高精度的要求,自动调平运动过程中未出现"虚腿"现象.     

基于LMSVirtual．Lab的一种折叠机翼动力学仿真

对舰载机折叠机翼的折叠及展开运动过程进行动力学仿真研究,提出了一套基于LMS Vir-tual．Lab的折叠机翼动力学仿真建模方法,实现了机构的动力学仿真计算,得到了折叠机翼作动筒载荷、翼稍运动包络面、结构应力水平等动力学指标。     

基于图像处理的连铸板坯测控系统

本文介绍了基于计算机图像处理连铸板坯长度测量和切割控制系统的硬件构成和软件功能。讨论了摄像机参数标定方法和系统测量误差。     

一种运用非线性特征提取的动车牵引齿轮箱故障可靠诊断新方法

动车牵引齿轮箱是其动力源保障,开展齿轮箱故障诊断能够保证机车安全运行。但是目前在故障非线性特征方面仍需进一步研究。为此,提出了一种新的动车牵引齿轮箱故障诊断方法,利用集合经验模态分解(EEMD)和局部线性嵌入(LLE)优异的非线性分析能力巧妙提取齿轮振动信号的关键特征,并利用支持向量机(SVM)实现对齿轮箱多种故障的可靠诊断。通过齿轮箱故障试验台进行实验分析,结果表明,提出的新方法能够有效检测齿轮磨损、裂纹以及断齿故障,且诊断率比现有方法(如线性特征提取方法)高5%,从而验证了新方法是有效的,有望应用于工程实践之中。