大视场星敏感器畸变校正技术

由于大视场光学镜头的加工误差和光敏感器件装配误差的存在,星敏感器实际模型与理想模型存在一定的差别。未校正的非线性误差对星点角度的测量影响很大。基于单星平行光入射标定模型,得出测试点与标定点之间旋转角的数学关系。以相邻点畸变误差近似相等为前提条件,完成测试星点的旋转角的畸变校正。结果表明,统计误差由校正前的7.257个像元降低到了0.246个像元。     

一种改进的基于直线特征的非量测畸变校正方法

在大型结构件的损伤监测过程中,摄像机镜头畸变往往引起成像畸变,如果直接利用畸变图像进行标定、测量,将引起较大误差,降低损伤监测精度。为了有效地校正成像畸变,提出一种改进的基于直线特征的非量测畸变校正方法。分析实际测量中成像畸变的像差模型;直接利用场景中存在的直线特征,得到带权重因子的直线射影不变约束关系和三点近似共线约束关系,并建立两组畸变校正约束方程求解畸变系数;通过实验验证提出方法的可行性和有效性。校正结果表明,相比不带权重的直线特征标定方法,提出方法优化结果的均方根误差精度提高了0.21pixel。     

大视场短焦距镜头CCD摄像系统的畸变校正

从光学测量角度出发,结合计算机视觉中的摄像机标定方法,解决了大视场短焦距镜头CCD摄像系统的畸变校正问题。与摄像机标定不同,畸变校正中仅标定内部参数,外部参数作为已知条件。采用线性畸变模型,由最小二乘法解线性方程组得到摄像系统畸变模型的畸变系数。介绍了数字图像中像素间距和光学中心的标定方法。通过比较由标定参数得到的畸变图像和摄像机采集的畸变图像对实验标定精度进行评定,实验结果表明边缘视场(112°)的标定精度达到了0 75%。     

图像显示系统几何畸变的测量及校正

为了保证图像显示系统能够产生120°的大视场,在系统中使用了超广角耦合物镜,这样就不可避免地存在几何畸变。提出了一种基于点物成像原理,并采用数码相机和精密单轴转台进行畸变测量的方法,介绍了测量原理和测量过程,根据测量后得到的畸变规律,采用数字图像处理的方法对几何畸变进行了校正。校正后,图像显示系统的畸变小于0.4%,完全能够满足导弹景象匹配系统定位误差及定位概率的检测要求。     

一种成像测量图像径向几何畸变的校正方法

通过对具有径向畸变的摄像机模型的分析,设计了一套求解图像径向几何畸变中心和畸变多项式系数的方案。首先,依据校正样板曲线的弯曲程度应用一元线性回归法和逐次逼近法求取光学图像的几何畸变中心,然后应用递推最小二乘法求解径向几何畸变的多项式系数,最后根据所得到的畸变中心和畸变多项式系数对图像进行校正得到满足要求的图像。仿真试验证明:该方法可以通过一次采集单幅图像对成像系统进行高精度标定,能够对成像测量系统的径向几何畸变进行一定精度的校正。实践证明:该方法通过图像处理的方法提高成像测量系统的精度,降低了系统的设计成本,可以作为成像测量系统中单独标定摄像机畸变参数的一种简单有效的方法。     

特征平行直线的成像畸变现场校正

针对畸变对成像测量的影响,通过对摄像机畸变模型的分析,提出了一种基于特征平行直线的畸变现场校正方法.该方法分两步,非线性径向畸变的校正和透视畸变的校正.首先,提取图像中包含的多条特征直线,然后通过迭代法将成像后的弯曲直线拉直的方法获得系统非线性径向畸变参量,再用这些参量对非线性径向畸变进行校正,得到去非线性径向畸变的图像.通过对图像中的特征平行直线进行拟合,获得系统的透视畸变参量,并以这些参量反演迭代实现对透视畸变的校正,进而得到去透视畸变的图像.实验和仿真结果表明:该方法通过两步法利用图像中的特征平行直线先验知识能够有效实现对成像中多种畸变的一靶现场校正;对像机径向畸变和透视畸变的校正后相对误差均达到5%以内,适合于工程中基于图像的测量和目标识别中目标无固定位置的复合畸变的现场校正.     

复眼式光学成像系统畸变测量与校正技术研究

复眼式光学成像系统在大视场侦查、图像识别、目标探测等领域较传统单孔径光学系统优势突出,但随着视场的增加,子孔径本身的成像畸变及多个子孔径的安装位置误差引起的畸变会直接影响拼接图像的质量。针对该问题,采用光电测量技术对复眼系统进行畸变测量与校正,生成多模动态电子畸变测量靶标,构建畸变测量校正模型,建立多项式拟合算法,采用最小二乘法获得畸变系数,通过双线性插值法模型对图像进行重建。实验结果表明,校正后的平均相对畸变优于0.1%,满足大视场复眼式光学成像系统的畸变校正和图像拼接的精度要求。     

一种基于共轭节面的图像畸变分析方法

无像差的光学相机的成像模型可由其共轭节面模型等效表示。针孔模型本身忽略了偏离该等效模型的误差,也无法表示平板玻璃的平移误差、光轴的安装误差以及实际相机光学系统的像差,这四个因素都会引起图像畸变。基于此利用共轭节面的性质建立了一种图像畸变几何模型,并与广泛采用的像差模型进行了对比,从理论上解释了像差模型各个系数的物理意义。对某实际针孔相机进行仿真分析,该几何模型给出的相对径向畸变、角度误差在设计参数的范围以内,并且可以模拟图像的非对称畸变。该几何模型需要辨识包含主面相关参数、光轴倾斜角和平板玻璃的轴向球差在内的4个参数,辨识参数较少,理论上可以作为一种新的图像畸变校正方法。     

基于新型靶的CCD摄像系统畸变测量与校正

深入研究了测试图案对测量畸变的影响。提出"一靶测试法"进行畸变测量与校正,拍摄了自行设计、制作的"综合点阵靶板"的畸变图像,图像处理得到其畸变点位置,并与理想点位置进行对应比较。建立多项式模型确定畸变点与理想点的位置校正关系,理想点位置由理想成像得到,并运用最小二乘拟合算法求得多项式系数,标定整个CCD摄像系统的畸变。"综合点阵靶板"采用灰色圆点黑色间带图案,方便了点按序标记排列,从而确定畸变点与理想点的一一对应。对2.6 mm焦距的广角CCD镜头摄像系统进行了畸变测量与校正,其重复测量,校正精度达到0.3%。     

图像像素坐标表示的镜头畸变模型

镜头畸变是影响测量精度的关键因素之一。非度量镜头畸变校正方法直接将图像物理坐标系下的镜头畸变模型应用于图像像素坐标系,忽略了非单位纵横比的情况。通过对成像过程进行分析,得到了更精确的像素坐标表示的镜头畸变模型,对现有的镜头畸变模型进行了修正,考虑了纵横比对镜头畸变的影响。通过实验,对新模型的可行性进行了验证,实验结果表明,新的模型能够有效地提高了测量精度。     

废旧纺织品近红外光谱定量分析的新模型

根据废旧纺织品所含成分对它们做分类回收和处理可节省大量纺织原材料。目前，在废旧纺织品的回收过程中往往使用人工分拣方法。这种方法成本高且效率低。近红外光谱分析是21世纪发展最迅速的技术之一，可以在不破坏样本的情况下快速测定样本的成分及每种成分的含量。利用该技术对废旧纺织品进行分析，预先判断废旧纺织品所含的成分及各种成分的含量，可为废旧纺织品的大规模精细分类回收提供帮助。多模型方法通过将各子模型的预测值做加权平均得到最终的预测值，用该方法建立的近红外光谱分析模型一般具有较好的稳定性。以废旧纺织品样本的锦纶含量为例，先用多模型方法建立了锦纶含量的近红外光谱分析模型。方法如下：将反射率向量按照波长划分为15组。用每组数据建立一个近红外光谱分析子模型。对子模型的预测值做加权平均得出锦纶含量的最终预测值。然后在多模型方法基础上，根据锦纶含量预测值与实验值之间的近似线性关系，通过用变量代替常量并对变量做标准化处理，给出了一种便于优化的预测锦纶含量的近红外光谱分析新模型。优化后的每个子模型中的参数比优化前减少了6个，这样可防止模型过拟合。将上述两个模型与常见的用偏最小二乘法建立的模型进行了对比。交叉验证的结果表明：（优化后的）新模型的拟合优度的平均值为0.820 7，单纯使用多模型方法所建模型的拟合优度的平均值为0.769 1，用偏最小二乘法建立的模型的拟合优度的平均值为0.746 7。因此, 使用多模型方法建立的模型的预测效果好于用偏最小二乘法建立的模型的预测效果。新模型的预测效果明显好于其他两个模型的预测效果。该研究主要创新之处是新模型的建立和优化。文中建模方法有望用于废旧纺织品样本其他成分的含量预测。     

光栅投影相位法系统模型及标定方法

本文针对传统投影光栅相位法的光学三角法模型进行了改进,采用直入射光路并配合使用一种简便易行的标定方法,只需使用相移公式求取相位差,而不会引入与系统几何位置关系有关的量,简化了求取高度矩阵的要求。实验结果表明,新系统模型精度良好,测量误差为0.107 mm。采用该模型和标定方法可以克服传统方法系统模型的局限性,最大限度减少误差源并提高抗干扰性。     

一种测量生物组织热导率的新方法

采用脉冲衰减法可以测量生物组织热导率。但是,Chen等人提出的脉冲衰减法采用了“点热源”假设,而实际测量时,探头有一定的几何尺寸,由此造成了测量时的模型误差。本文采用数值实验的方法对这一误差及其影响因素进行了分析。在此基础上,提出了一种考虑了探头尺寸影响的新的脉冲衰减法,推导出了其测量公式。采用已知热导率的工质进行了验证试验,实验测量结果证实了本文对原有测量方法误差的分析;同时也表明,采用本文提出方法可以将测量误差减小到5%以下。     

Overlapping community detection using a generative model for networks

Detecting overlapping communities is a challenging task in analyzing networks, where nodes may belong to more than one community. Many present methods optimize quality functions to extract the communities from a network. In this paper, we present a probabilistic method for detecting overlapping communities using a generative model. The model describes the probability of generating a network with the model parameters, which reflect the communities in the network. The community memberships of each node are determined based on a probabilistic approach using those model parameters, whose values can be obtained by fitting the model to the network. This method has the advantage that the node participation degrees in each community are also computed. The proposed method is compared with some other community detection methods on both synthetic networks and real-world networks. The experiments show that this method is efficient at detecting overlapping communities and can provide better performance on the networks where a majority of nodes belong to more than one community.     

纺织品近红外光谱定性分析的一种新方法

近红外光谱分析技术可用于对样本的快速无损检测,在人们的生产和生活中发挥着越来越重要的作用。支持向量机是建立定性分析模型的常用方法,可通过寻找最优分类超平面将两类样本分开。在小样本情况下,支持向量机方法有其独特的优势。主成分分析是常用的数据降维方法,可将数据降维之后作为支持向量机方法的输入变量,简化模型并提高模型识别的准确性。因此,基于主成分分析的支持向量机(简称PCA-SVM)适合用于建立近红外光谱定性分析模型。多模型方法是人们使用较少的建模方法,用该方法建立的模型一般具有较好的稳定性。将多模型方法与PCA-SVM方法成功结合形成了新方法。以棉锦混合、棉涤混合纺织品为例,用新方法建立了这两类纺织品样本的近红外光谱定性分析模型。建模时将光谱数据按照波长分为4组,用每组光谱数据建立一个子模型,将子模型的输出值进行加权平均便得到最终的预测结果。这样可以更充分地使用光谱数据中所包含的信息。为了便于对比不同的方法,仍使用上述校正集和验证集,又用PCA-SVM方法建立了这两类纺织品样本的近红外光谱定性分析模型。对预测结果做交叉验证,用新方法所建模型判别的正确率的平均值为85.49%,正确率的标准差为0.066 7, 用PCA-SVM方法所建模型判别的正确率的平均值为83.34%,正确率的标准差为0.109 6。研究结果表明用新方法所建模型的分类效果好于用PCA-SVM方法所建模型的分类效果;用新方法建立的模型的稳定性明显高于用PCA-SVM方法建立的模型的稳定性。用PCA-SVM方法所建模型的预测效果受校正集构成情况的影响较大,而用新方法所建模型的预测效果则相对稳定。对废旧纺织品进行分类回收可大量节约纺织原材料,但采用人工分拣方式效率低且成本高。采用近红外光谱分析方法对纺织品进行分类,为废旧纺织品的大规模精细分拣和分级奠定了一定的基础。该新方法有望用于某些其他类型样本的分类。     

PREDICTION OF DYNAMIC CHARACTERISTICS USING UPDATED FINITE ELEMENT MODELS

Model updating techniques are used to update a finite element model of a structure so that an updated model predicts the dynamics of a structure more accurately. The application of such an updated model in dynamic design demands that it also predict the effects of structural modifications with a reasonable accuracy. This paper deals with updating of a finite element model of a structure and its subsequent use for predicting the effects of structural modifications. Updated models have been obtained by a direct model updating method and by an iterative method of model updating based on the frequency response function (FRF) data. The suitability of updated models for predicting the effect of structural modifications is evaluated by some computer and laboratory experiments. First a study is performed using a simulated fixed-fixed beam. Cases of complete, incomplete and noisy data are considered. Updated models are obtained by the direct and the FRF-based method in each of these cases. These models are then used for predicting the changes in the dynamic characteristics brought about due to a mass and a beam modification. The simulated study is followed by a study involving actual measured data for the case of an F-shape test structure. The updated finite element models for this structure are obtained again by the direct and the FRF-based method. Structural modifications in terms of mass and beam modifications are then introduced to evaluate the updated model for its usefulness in dynamic design. It is found that the predictions based on the iterative method based updated model are reasonably accurate and, therefore, this updated model can be used with reasonable accuracy to perform dynamic design. The predictions on the basis of the direct method based updated model are found to be reasonably accurate in the lower portion of the updating frequency range but the predictions are in a significant error in the remaining portion of the updating frequency range. It is concluded that the updated models that are closer to the structure physically are likely to perform better in predicting the effects of structural modification.     

Thermal diffusivity measurements of spherical samples using active infrared thermography

This work presents a method for measuring the thermal diffusivity of spherical samples using active infrared thermography. The principal novelty of this method lies in the deduction of an analytical model to obtain the spatial and temporal distribution of temperature in spherical samples. The model is obtained from the classical theory of heat conduction or the 3D heat diffusion equation. In order to analyze the behavior of the model, an active infrared thermography is used in order to monitor the spatial and temporal temperature distribution. Three different materials are used as spherical samples and they are heated by radiation increasing this way its temperature. The recorded data is fitted to the model by adjusting the diffusivity parameter. The results of the diffusivity values obtained using this model are consistent with those obtained from a standard thermal properties analyzer.     

光机靶室钢混结构基于动刚度等效的简化建模

钢混结构分离式有限元建模方法由于考虑了钢筋的实际分布,其计算精度较高,但建模过程复杂繁琐。开展了基于动刚度等效的钢混结构简化建模研究,该方法将钢筋和混凝土考虑为一种等效材料。研究中首先以典型钢混组合结构为例,以等效模型与分离式模型的模态特性等效为目标,建立了分部件的动刚度等效模型,然后将各部件等效模型组合成整体结构等效模型,数值仿真结果显示在相同载荷作用下,整体参考模型与整体等效模型的响应分布非常接近,而等效模型的规模远小于参考模型,说明了该等效建模方式的有效性。进一步将该等效建模方法应用于神光Ⅲ主机靶室钢混结构的动力学分析中,并计算了该巨型光机结构等效模型在实测基础加速度激励下的随机振动响应,靶球上各方向的响应实测结果与计算结果较为吻合。所采用的动刚度等效建模方法可应用在巨型光机结构动力学稳定性的进一步研究中。     

非矩形差分网格的饱和与非饱和渗流计算

为适应大型堤坝渗流分析的需要,本文给出一种不规则凸多边形网格的差分方法,并将其应用于饱和与非饱和渗流计算。结合两种计算模型的实例,给出了该法的计算结果与矩形网格计算结果的比较,讨论了方法的适用性和可靠性。     

具有特定频段的左手材料构造与设计优化

为研究具有特定频段的左手材料设计方法. 首先基于传输线理论构造了一种左手材料微观构型, 采用S参数反演法进行数值仿真和等效传输线模型分析, 说明了该构型在特定的尺寸条件下具有左手特性, 并分析了尺寸参数对左手性能的影响. 进而给出了在给定频率附近具有最大带宽、较小损耗的左手材料设计优化问题的数学模型, 并给出了设计实例. 数值设计结果验证了优化模型的适用性和正确性.