高精度分体式多通道超声波温度计的设计

针对传统的温度传感器在极端与特殊条件下无法满足测量的要求,设计了分体式多通道的超声波温度计。将多对测量头均匀布置在装有被测介质的容器外侧的各个方位,利用FPGA的控制驱动信号精确确定超声波传播的起点时刻,通过分块查找的特征波查找算法、高速高分辨率的信号采样电路和直线插补算法相结合,利用过零点两侧的采样点来实现对超声波传播时间终点时刻的高精度检测,进而精确计算出超声波传输时间。在传播距离一定的条件下,以水为介质为例进行模拟实验。结果表明：分体式多声道超声波温度计能够实现对超声波传输时间的分辨率ns级的测量,从而确保了对温度的高精度测量。     

一种分区域多方向数据融合图像插值方法

为满足高端工业检测中对检测精度和检测时间的严格要求,针对现有图像插值方法在插值速度与精度方面的矛盾,本文提出了一种分区域多方向数据融合图像插值方法。在灰度平坦区域,采用双线性插值算法进行插值。在边缘纹理区域,则选取待插值点在源图像中对应点的4×4邻域内4个插值方向上距离最近的12个像素点,基于距离平方反比计算估计值;然后结合方向灰度梯度和插值距离两个权 重因子,进行数据融合,获得最终插值。实验表明,新提出的插值方法运行速度快,并且在图像任意级别变换时都具有较高的插值精度,能够很好地保持图像的边缘纹理细节。     

多尺度有理分形的图像插值算法

目的图像插值是图像处理中的重要问题,为了提高纹理图像的放大质量,结合以往的有理函数的插值算法,提出一种新的基于有理分形函数的图像插值算法。方法对于输入图像,首先,运用中值滤波和直方图均衡化对输入图像预处理;其次,通过毯子覆盖法求出图像的多尺度分形特征值,进行纹理区域和平滑区域的划分;最后,在纹理区域采用有理分形插值函数,在平滑区域采用有理插值函数。结果对于一般图像,本文算法与NARM(nonlocal autoregressive model),NEDI(new edge-directed interpolation)相当,在纹理区域较多的图像中,本文算法在峰值信噪比(PSNR)和结构相似性(SSIM)数值上较对比算法进一步提高,在视觉效果上,图像对比度明显增强,在Barbara,Truck等的对比图像中,峰值信噪比均提高了0.5 1 dB。结论本文插值算法利用多尺度分形特征将图像划分区域,在不同区域采用不同的插值模型。优化模型参数使得插值质量进一步提高。实验表明本文算法能够对纹理和非纹理区域有效划分对纹理的信息保持优于传统算法,获得了较好的主客观效果。     

一种基于EEMD的新型谐波误差分析策略

针对电力系统中严重的谐波干扰问题,为提高其运行的安全有效性,去除谐波干扰并提高系统稳定性能成为研究热点。电网中常存在频率强烈波动或者白噪声强烈干扰的现象,虽说三谱线插值的FFT算法(基于Kaiser窗)的抗干扰能力很强,谐波参数估计也可以有较高的精准度,但是远不及使其与平均经验模态的总体水平来分解谐波的检测算法(EEMD)与直线度误差分析相结合。应用直线度误差来分析信号的谐波成分,有机结合了三谱线插值的FFT(基于Kaiser窗的)谐波检测分析法。通过对整体谐波分量的在线监测,不仅能够提高稳态信号的检测精度,还能提高系统的动态性能。本分析策略大限度地提高了计算精度以及系统稳定性。通过仿真分析得知,所述方法可以使系统具有较强的抑制频谱泄露能力,并能够显著降低栅栏效应的发生概率,进而使电力谐波信号的幅值误差、初相位误差和频率误差分别低于0.004 1%、0.002 4%和0.003 9%。     

小波-Lagrange方法进行医学图像层间插值

目的 医学图像3维重建通常需要进行层间插值.现有的插值方法虽然种类较多,但在进行医学断层图像插值时,很多方法并不能兼顾图像灰度和目标形状的变化,且计算过程过于复杂.鉴于此,提出一种基于小波与Lagrange多项式相结合的插值方法.方法 首先对原始图像进行小波变换,获得图像边缘对应小波系数的位置信息,在断层图像的相应小波系数之间运用Lagrange多项式进行强度和位置插值.结果 通过实验验证,采用本文方法插值得到的图像与线性、Cubic插值方法相比,不仅在灰度值不等点方面减少了10%~50%,均方误差平均下降了3%,而且目标组织轮廓特别是拐角剧烈变化处可改善伪轮廓现象,介于原始断层图像之间,能够满足医学图像层间插值的要求.结论 与线性插值方法、Cubic插值方法相比,新算法由于引入了小波变换这个工具,可将图像剧烈变换部分提取出来,因此,本文方法在处理图像剧烈变化的情况时略有优势.新算法得到的插值图像质量有所提高,计算误差有所降低,可有效用于医学图像目标组织的3维重建.     

智能写字机器人设计

设计了一种两自由度写字机器人,可以很方便地完成在平面上的书写绘画任务;可以把在计算机输入的文字通过控制算法和硬件电路用步进电机带动写字笔在纸面自动地描写出来;上位机选用计算机作为主机,采用Arduino系统作为从机;在计算机上将输入的文字转换成坐标形式的G代码,在通过串口发送给下位机控制器,下位机控制器采用直线插补和圆弧形插补算法,输出控制脉冲和方向电平控制步进电机前进或者后退;步进电机是由脉冲控制的,每发来一个脉冲就前进一步,实现了对距离的精确控制;还可以拓展一轴,加入Z轴理论上可以实现3D打印功能,把写字笔换成雕刻刀或者是激光头可以雕刻立体作品,拓展功能丰富。     

基于静力测试的三维曲面结构测点优化配置

传感器测点优化配置在结构健康监测系统中具有重要作用。针对结构健康监测中静力作用下三维曲面结构变形状况进行了研究,提出了三维曲面结构的测点优化配置方法。首先,对三维曲面结构进行测点组合选取,根据已知测点的响应值采用三维超曲面样条函数插值估计未布置测点的响应值,然后建立适应度函数,对未布置测点的估计值与实际值的误差进行判定,最后通过二重结构编码遗传算法对测点组合进行优化,选取适应度函数值最小的测点配置方案,从而实现了传感器测点优化配置的目的。应用该方法对简支的圆柱壳弯曲变形进行了测点优化配置,得到的适应度函数值最小的测点配置方案中,未布置测点的估计值与实际值的误差为1.10％,从而验证了该方法的可行性和有效性。     

基于Catmull-Rom插值算法光栅分辨率测试系统改进

为了减小探测器采集及软件处理导致的系统误差,提高光栅分辨率检测精度,利用半宽度法设计了一套满足李特洛条件的阶梯光栅分辨率检测系统。搭建了系统的光路,介绍了提高分辨率的方法,重点分析了探测器像元尺寸对系统分辨率测试精度的影响,提出了在LabVIEW软件中如何根据离散光谱信号并利用Catmull-Rom插值构造出连续光谱,提高半宽度法检测的精度。实验结果表明,在高分辨率测试系统中,通过软件算法对离散信号进行拟合分析,能有效的解决由像元尺寸造成的系统误差。     

基于薄板样条插值算法的巨幅影像分块并行处理

薄板样条函数是空间插值中的一种重要方法。对于巨幅影像数据使用薄板样条函数进行空间插值时,可能会出现运行时间太长,以及计算机内存空间不足或程序运行无响应的问题。针对这些问题,根据薄板样条函数光滑、连续的特点,基于GDAL开源函数库,提出对巨幅影像数据的分块读取,在块内利用并行技术求解线性方程组,确定薄板样条函数,最后进行空间插值的方法。结果表明,该方法可以有效的解决这些问题。     

基于新方向模板法的火炮内腔三维重构研究

为了对火炮内腔圆结构进行研究,实验中采用以0.5mm为单位步距的高速清晰摄像的方法得到一系列的孔腔图片,对图片进行处理并实现火炮内腔结构三维图形效果。在图片处理过程中,利用孔腔特殊圆结构,提出了新的方向模板法求取孔腔边缘每点的法线方向,进而精确求取圆心位置及半径。在圆心周向角有效区域内以角度θi为单位步进作过圆心和边界的直线,在直线与边缘相交处微小范围内先后采用双线性插值算法和灰度重心法求取光条中心,有效地保证了取值精确度和三维成像的质量。