基于手机Vernier Video Physics APP的物理实验教学研究——以研究斜抛运动为例

将智能手机APP功能应用到中学物理教学实践中,已成为教师激发学生学习兴趣和培养学生动手能力的新途径.利用Vernier Video Physics研究了实际生活中最常见的投篮过程中篮球的运动.作为二维斜抛运动的特例,得到了篮球运动的轨迹图以及两个方向上的x-t和v-t图像.通过对图像的分析提高学生对这些运动的深刻认识,解决了传统教学中学生很难理解将曲线运动分解到两个方向的直线运动,使得教学更具可视化.将现代化教学设备应用到课堂教学,提高学生处理、分析图像的能力,体现了核心素养对高中物理教学的基本要求.     

曲面仿生复眼测速技术研究

曲面仿生复眼相机具有大视场,对运动目标敏感等特点,在广域探测、内窥导管、精确制导等国防、医学及民用工业领域中有着广阔的应用前景,该文报道了基于曲面仿生复眼相机的高速运动目标测速技术研究。首先建立了基于曲面仿生复眼成像原理的测速模型;然后利用霍夫圆检测算法在原始复眼图像上找出每个子眼所在位置,并通过图像分割对相邻子眼之间重叠视场进行分析;最后再结合SIFT算法对相邻2个子眼的子图像进行特征点提取与图像配准,由提取出的特征点像素坐标计算出重叠区域像素数目,从而得到汽车的运动速度。设计了相关测速实验进行验证,实验中拍摄距离控制在6 m～10 m之间,对以8.33 m/s速度做匀速直线运动的汽车进行测试,测试结果表明,可将速度测试的相对误差控制在4%以内。与单孔径成像系统测速结果相比,曲面仿生复眼测速技术具有更高的准确性和重复性。     

巧解声波测速

随着现代科技的快速发展,人们常用声波测速仪测量行驶的车辆是否超速.关于测速仪的测速过程,给我们提出了这样一个新的问题.     

用数码相机和计算机绘制简谐运动的位移-时间图像

人教版《高中物理选修3-4》第十一章"机械振动"的第一节"简谐运动"中[做一做]用数码相机和计算机制作小球运动的x-t图像.书本上介绍的方法较简略,具体操作时还是遇到很多问题.下面是笔者制作这一图像的具体过程,供参考.(1)首先为气垫导轨上运动的弹簧振子拍摄一段录像.如图1,注意应使弹簧振子位于照片的上端.     

联合梯度预测与导引滤波的图像运动模糊复原

针对由相机与所摄景物之间发生相对位置移动所导致的图像运动模糊,提出了一种鲁棒的基于单幅运动模糊图像的盲反卷积算法。该方法首先通过预测图像中的较强边缘信息,实现用简单、易于求解的优化问题在傅里叶域中快速、准确地估计出点扩散函数。然后利用得到的点扩散函数,使用基于梯度约束的非盲反卷积算法复原清晰图像,同时采用一种新的边缘保持滤波器-导引滤波来消除噪声并抑制振铃效应。实验结果表明：本文的算法能够快速地从单幅运动模糊图像复原出具有清晰边缘和纹理的高质量图像,并且运算时间不超过20 s。     

基于相位相关的匀速直线运动模糊图像位移参数估计

为估算匀速直线运动模糊图像的运动参数,提出了一种基于相位相关分析的图像配准方法。该方法利用傅里叶变换的平移特性,对产生平移的目标图像进行傅里叶变换并计算归一化互功率谱,其傅里叶逆变换对应二维脉冲函数,通过计算脉冲函数峰值坐标获取位移图像之间的亚像元级位移量。结合相位相关配准原理和线性空间不变退化模型,给出了匀速直线运动点扩散函数及其光学传递函数的数学描述;讨论了匀速直线运动模糊对相位相关配准结果的影响,证明了图像经过匀速直线运动退化后,位移图像之间归一化互功率谱具有不变性。实验结果表明：动态运动模糊图像最大检测误差为0.489 pixel,标准差为0.16 pixel。     

齿轮齿条直线运动的线性测量与分析

中文: 在齿轮传动机构的直线运动研究中,为了测量直线误差,设计了齿轮齿条的测量平台。采用伺服电机直接驱动齿轮在齿条上运动,并以基于运动控制点位运动模式来实现测量间距和待机等控制要求;在齿轮齿条传动机构直线运动的过程中,用激光干涉仪对与齿轮同轴运动的工作台实际运动位置测量,获得测量数据;用最小二乘法求解线性矛盾方程的方法来构造拟合函数,并将其推广至任意次和任意多个变量的拟合函数,使用MATLAB编程求解,获得与设计数据曲线对应的实际数据曲线,得出齿轮齿条的线性定位精度和重复精度。这项技术可以推广到对大多数的直线运动机构来进行线性测量及数据分析;也能成为直线运动控制中线性参数自动补偿算法的依据。     

基于稳像理论的空间光学遥感像移补偿的分析与计算

动态光学是研究光学系统及元件动态成像特性的一门学科。稳像系统是动态光学系统的重要组成部分。稳像系统是为了维持图像的稳定、清晰,要求光学组元件按规定的要求做相对运动,从而实现图像的最终稳定、清晰。空间遥感成像的分析对于遥感器的运用至关重要。基于稳像理论——动态光学理论,进行了空间遥感器的成像面像移分析,分析结果与采用齐次坐标变换方法所得结论一致,不但证明通过齐次坐标变换方法得出的结果是正确的,而且说明采用动态光学的稳像理论解决以上问题物理概念更清楚,计算简便。同时对于类似的运动光学系统,稳像理论也具有很好的适用性。     

贝叶斯迭代联合双边滤波的散焦图像快速盲复原

实现有效的单幅散焦图像盲复原对军事及地质勘测领域的清晰图像获取具有极为重要的意义.常用算法存在计算量大、振铃及噪声敏感的问题,为此本文提出了贝叶斯框架下迭代双边滤波器的快速盲复原算法.它首先用基于深度信息的盲去卷积结果估计点扩散函数的概率模型,进而通过贝叶斯理论构建合理的盲复原最小优化问题;然后推理分析最小优化问题的求解实质,得出双边滤波器快速求解最小优化问题的结论;最后设计迭代联合双边滤波器的求解方式,即利用一次双边滤波器求解的复原结果设计联合双边滤波器的指导图,再将其作为优化问题的输入,迭代实施求解.实验结果表明:该算法能有效抑制振铃,减少计算量,去除噪声,85%图像的像素误差平均值低于0.03,较常用盲去卷积法在同一误差区间的复原成功率提高了19%,运行时间缩短了约78%,能有效用于单幅散焦图像盲复原的实际工程实践中.     

透镜加速运动时像的运动规律的探讨

普通照相机是通过移动镜头的方法成像。作为类似的情况，推导了凸透镜沿主光轴做匀加速直线运动时，像的速度和加速度随时间的变化规律，并且通过函数关系式描述和曲线图型化处理，使像的复杂动态变化规律比较清晰地体现出来，其物理意义也更加清晰。     

公路超速检测激光测速仪研究（英文）

为了减少公路违章超速现象的发生,使交通安全监测体制更完善,设计并研制了一种可远距离工作的便携式激光多普勒测速系统.阐述了激光多普勒测速的基本原理和光束变换的实现方法,并利用双透镜类望远系统的结构搭建了用于公路超速检测的激光测速仪.理论分析与路边测试试验表明:该激光多普勒测速系统具有长工作距离和大景深的特点,并且可以较高精度获得车辆的行进速度.相比于传统激光测速仪,便携式激光多普勒测速系统提升了中心工作距离并增大了景深.新激光测速仪的中心工作距离为10m,景深为±1m,测速精度可以达到0.1%.     

基于GoeGebra对简谐运动的振动图像进行拟合

借助GoeGebra软件对简谐运动的振动图像进行拟合,解决了中学物理教师难以根据振动图像(x-t图)利用拟合法获得振动规律的困境.     

航空相机动态调制传递函数分析与研究

利用调制传递函数对动态成像质量做出评价,确立合理的稳定系统性能指标,是航空相机设计过程中需要解决的重要问题.基于线性光学系统的传递函数理论,针对匀速运动、加速运动和正弦运动等几种动态成像条件进行了定量分析,建立了像移量和动态成像质量之间的联系.针对低频正弦运动,提出了一种基于离散相位区间的动态调制传递函数计算方法.分析结果表明,在像模糊斑大小均为0.5个像元的情况下,高频正弦运动、直线运动和低频正弦运动的动态调制传递函数分别可以达到0.85、0.9和0.998,此时可以获得较理想的动态图像.据此得出了高频振动对像质的破坏最严重,直线运动次之,低频正弦运动最轻的结论.根据分析,可以针对特定的动态成像条件计算相应的调制传递函数,为航空相机系统的综合像质评价和视轴稳定系统设计提供了准确的定量参考.     

基于线阵CMOS型空时滤波器的新型空间滤波测速仪

为了消除速度测量中的方向模糊以及减小测量不确定度,建立了一套基于空时滤波器的新型空间滤波测速仪。设计了一种基于高速互补金属氧化物半导体(CMOS)线阵图像传感器的空时滤波器,并从理论上分析了该类型空时滤波器的滤波特性。采用了快速傅里叶变换法分析输出信号的频谱,并通过能量重心法对频谱进行校正,减小了频率测量不确定度。使用这种新型测速仪对传送带的平移速度进行了测量。实验验证了该空时滤波器对运动方向辨别的可行性。同时,通过实验还分析了速度测量相对标准不确定度。实验结果表明使用空时滤波器的空间滤波测速仪可以使速度测量相对标准不确定度在频率测量相对标准不确定度的基础上大大降低。降低后的速度测量相对标准不确定度小于0.24%,该值还可以通过合理选择空时滤波器的参数来进一步减小。     

偏振成像技术提高成像清晰度、成像距离的定量研究

阐述了水下成像清晰度和成像距离的增大与偏振成像技术的关系;推导了偏振成 像系统图像清晰度与成像距离的关系式　并通过实验获得实测数据　根据推导的关系式分析 并计算得到的结果与实测数据相符合　定量地说明了偏振技术提高了图像清晰度和成 像距离. 关键词：     

位移图像之应用

s-t位移图像直接展示出了物体做直线运动时位移和时间的变化关系,将运动过程表现得全面,对运动过程记录得细致、直接,因而具有便捷、直观的应用价值.     

空气雾化喷嘴内液膜厚度研究

本文对液膜式空气雾化喷嘴内液膜厚度的特性进行了研究.从理论分析上简化了薄剪切层方程并求解得液膜厚度关系式,从而得到影响膜厚的流动参数及结构尺寸参数.又从大量实验中验证了理论关系式并得到这些主要参数对膜厚关系的经验式.此外,对气、液旋量的影响也做了实验研究并得结论.由于本文探索成功用电阻法测水膜厚度及用电容法测油膜厚度,使得对喷嘴内膜厚的研究得以成功.     

多相等离子体气动激励流动特性

 等离子体激励器电极组相位不同便产生多相等离子体气动激励,建立了粒子图像测速仪流场参数测试系统,利用粒子图像测速仪技术,研究了非对称布局等离子体气动激励诱导空气流动特性,分析了多相等离子体气动激励对诱导空气流动速度的影响。结果表明：粒子图像测速仪流场测试系统能够准确地反映等离子体气动激励诱导空气流动的流场空间结构,等离子体气动激励诱导空气流动是平行于激励器的近壁面射流,多相等离子体气动激励能够增大等离子体气动激励诱导气流速度,或者使等离子体气动激励影响流场区域增大。粒子图像测速仪系统是深入研究等离子体气动激励的流场结构最佳的方式之一。     

车轮运动问题

主要探讨了汽车主动轮在运动中所受的摩擦,首先明确滚动摩擦的产生原理和适用范围,缩小问题范围,将车轮运动看做刚体运动,得出静摩擦力的作用.最后,讨论汽车在提速前进运动中,引入驱动力,解释不做功的静摩擦力是如何对汽车动能变化起作用,得出加速力与做功力的区别.     

Janus配置的激光多普勒测速仪的陆用组合导航（英文）

为了抑制车辆颠簸、倾角变化对传统激光多普勒测速仪的影响,设计了基于Janus配置的分光再利用结构激光多普勒测速仪,该测速仪由两个激光多普勒测速仪子系统镜像安装而成,可补偿倾角变化对速度测量的影响,因此对倾角变化不敏感.车载实验结果表明该测速仪的测速相对误差为0.3%,在55.6km的行程中组合导航的最大位置误差为5.8m.该结构激光多普勒测速仪能够抑制车辆颠簸、倾角变化对速度测量的影响,提高组合导航定位精度,更适合陆用组合导航.