基于单数码相机的三维视觉测量数据拼接方法

针对大型物体三维形貌视觉测量,提出了一种新的视觉测量三维数据拼接方法。以一台高分辨率数码相机作为全局测量设备,在测量过程中固定不动,并以数码相机坐标系作为全局坐标系。视觉传感器流动到不同位置对物体各子区域进行测量,获得局部坐标系下的三维数据。以一平面靶标为中介将视觉传感器在各位置的局部坐标系统一到全局坐标系下,从而将三维数据统一到全局坐标系下,完成三维拼接。该方法无需在被测物上贴标记,因此适用于任何材质的被测物,且消除了拼接累积误差。实验结果表明,该方法相对拼接误差为0.076%。以Venus石膏像为被测对象,视觉传感器对其三个局部区域进行测量,给出了局部测量结果及拼接结果。     

相位拼接技术在数字全息中的应用

在确保较高分辩率的前提下,提出了一种相位拼接技术以解决数字全息技术中扩大测量面积的瓶颈问题.在全息数字图记录过程中,确保相邻子孔径间具有重叠区域|拼接中采用相关算法确定重叠区域,并利用再现像重叠区域具有相同信息的特点使用最小二乘方法消除由于孔径的移动所产生的倾斜误差| 相关计算和最小二乘反复迭代把相邻再现像精确统一到一个坐标系下,从而实现测量面积的扩展.以平面物体的测量为例建立了数字全息相位拼接技术的理论模型,完成了对相位物体的2×2拼接模拟,并在对标准相位板2×2的拼接实验中获得了较好的拼接效果.     

相位拼接技术在数字全息中的应用

在确保较高分辩率的前提下,提出了一种相位拼接技术以解决数字全息技术中扩大测量面积的瓶颈问题.在全息数字图记录过程中,确保相邻子孔径间具有重叠区域;拼接中采用相关算法确定重叠区域,并利用再现像重叠区域具有相同信息的特点使用最小二乘方法消除由于孔径的移动所产生的倾斜误差;相关计算和最小二乘反复迭代把相邻再现像精确统一到一个坐标系下,从而实现测量面积的扩展.以平面物体的测量为例建立了数字全息相位拼接技术的理论模型,完成了对相位物体的2×2拼接模拟,并在对标准相位板2×2的拼接实验中获得了较好的拼接效果.     

一种用于钣金零件视觉测量的图像拼接方法

在钣金零件视觉测量中，大尺寸零件超出图像采集摄像机的视场范围，不能一次性获得该零件的完整图像，需要将存在一定重叠区域的图像进行图像拼接。针对特征稀少、灰度信息少、轮廓对称的钣金零件图像不易拼接问题进行了分析和研究，提出了一种在待拼接图像中选择包含重叠部分的等大小区域作为待配准区域，并对其提取轮廓，然后对轮廓图利用相位相关法求待配准区域的配准参数，再根据待配准区域图像与待拼接图像的坐标关系转换求待拼接图像的配准参数并对图像进行配准，实现钣金零件图像拼接的方法。通过实验表明，该拼接方法对特征稀少、灰度信息少和轮廓对称的钣金零件图像具有速度快、较好的准确性和抗干扰能力，能够满足工业应用的要求。     

一种空间变化PSF图像分块复原的拼接方法

介绍了一种退化函数随空间变化图像的分块复原和拼接方法,首先以等晕区为依据对退化函数随空间变化的图像进行分块并向外延伸一定区域,然后使用Lucy-Richard算法对每一个图像块进行图像复原,在去除各复原图像块包含明显振铃波纹的部分边缘区域之后,将相邻图像块剩余的重叠区像素以其到等晕区边界的距离构成的加权系数进行叠加,拼接得到完整的图像.该方法能够消除退化函数随空间变化的图像分块复原处理时产生的振铃波纹,在诸如卫星遥感、飞机航拍图像复原,医学图像处理等众多领域均可广泛应用.     

面向各向异性投影幕亮度一致性校正方法的研究

为了解决多投影机拼接融合显示系统中亮度分布不均匀及不同视角下的亮度差异问题,提出了一种多视角投影-摄像机系统的非线性最优化颜色校正方法,通过在多个位置放置摄像机进行多角度的观察,并对所有观察结果进行统一的优化处理,实现在各个方向上都能够满足要求的亮度调整方案。针对重叠区域高亮现象及重叠方向和形状的任意性问题,采用双三角函数法计算得到投影机的衰减矩阵,实现亮度融合。以双通道投影系统为实验平台验证了算法的可行性和有效性。     

基于小波变换的拼接重叠区域融合方法

为了解决大口径光学元件面形高精度测量问题，建立了拼接测量系统，通过测量得到整体表面面形。在拼接测量过程中，需要将待测面形进行划分，按着一定的顺序进行测量，再根据各个子口径之间的相对位置进行拼接。各个子口径存在重叠部分，采用均化的处理方法会导致高频面形数据的丢失。采用小波变换的拼接重叠区域融合方法可以减少高频数据的丢失。首先，对各个子口径的重叠区域分别进行小波变换得到低频和高频系数矩阵；然后，根据不同的方法对低频和高频系数矩阵进行融合得到新的系数矩阵；最后，通过小波逆变换得到整体面形。对尺寸为120 mm×40 mm的长方形反射镜面形进行拼接干涉测量，并用功率谱密度对本文方法和平均融合结果进行客观比较。实验结果表明，该方法可以保留更多的高频面形数据。     

大口径连续相位板拼接检测误差分析

对大口径连续相位板（CPP）在子孔径拼接检测过程中存在的几种影响检测精度的主要因素, 包括定位误差、系统误差和拼接模式等进行了归纳并分析了其对检测精度的影响权重。通过对子孔径重叠区域分布的均匀性计算，分析了检测误差对拼接质量的影响。结果表明，定位误差是影响CPP拼接精度的主要原因，而对系统误差进行有效处理可以进一步减小重叠区非均匀性，拼接模式的选择对CPP的拼接结果的影响有限。通过CPP深度特性对重叠区域均匀性的统计分析表明，在像素级别的检测中，重叠区域均方根残差随着CPP深度的增加而线性增加，即拼接精度随CPP深度的增加而降低。     

基于单目结构光的大物体三维测量关键方法的研究

在单目结构光的三维测量系统中，由于投影仪倾斜投影, 参考平面上的条纹周期展宽, 给测量带来误差，降低了测量精度。同时受大物体自身几何和形貌等因素的影响，以及相交轴测量系统的限制，其单幅面测量范围受限，很难一次测量大物体完整的三维形貌，而且在测量大物体时，摄像机镜头非线性畸变也影响测量精度。根据参考平面上光栅条纹的周期变化规律，提出了一种适用性好、方便快捷的条纹周期校正的理论模型, 在此基础上, 提出了基于条纹周期校正的四步相移法的理论模型，进而提出了基于条纹周期校正的时间相位展开法的理论模型。采用摄像机镜头非线性畸变校正模型，提高测量精度。在被测物表面粘贴标志点，获取其三维坐标，利用SVD分解和L-M优化算法求取转换矩阵，并在设定的全局坐标系下实现三维图像拼接，采用线性加权算法，对重叠区域进行图像融合。实验结果表明，X轴的拼接误差为0.14 mm，Y轴的拼接误差为0.16 mm，Z轴的拼接误差为0.19 mm，其拼接误差均在测量误差允许范围之内。     

轻小型无人机高光谱影像拼接研究

轻小型、低成本无人机(unmanned aerial vehicle, UAV)机载光谱成像仪的快速发展为水质监测、精准农业提供了新的手段。ZK-VNIR-FPG480机载高光谱成像仪是国产仪器，拥有自主产权，影像共有270个波段，光谱范围为400～1 000 nm，光谱分辨率为3 nm，空间分辨率为0.9 m@1 km，成像方式为运动推扫成像，该成像仪的特点是影像之间不存在航向重叠，只存在旁向重叠。它在提供高光谱、高空间分辨率影像的同时也存在着一系列问题：①无人机的狭窄视场限制了每条航带的地面覆盖范围，需要进行航带拼接；②其自带的POS系统定位精度低；③为提高作业效率，航带间的重叠率较低，一般设置在30%左右，为影像拼接增加了困难；④因飞行时受风力、光照以及仪器自身等影响使得每条航带间存在亮度差异，拼接时会出现拼接缝现象。针对上述问题提出一种基于曲面样条函数和相位相关的无人机高光谱影像拼接方法，旨在将无人机拍摄的单条高光谱航带拼接成一幅完整的带有地理坐标的全景图，并实现影像几何和光谱上的匹配。该方法包括以下几个步骤：首先，以正射影像为基准采用曲面样条函数法对高光谱航带进行地理配准，赋予每条航带真实的地理坐标；然后采用局部方差法计算各波段信噪比，取分值最高的波段作为最优波段；再利用该最优波段采用基于2幂子图像的相位相关算法来纠正航带间已经存在的地理空间映射关系，消除航带间存在的错位；最后选用加权平均融合法对相邻航带进行融合，消除航带拼接时因光照、仪器自身等影响所产生的拼接线问题，最终得到带有绝对地理坐标的高光谱全景图。实验使用ZK-VNIR-FPG480机载高光谱成像仪获取大理某地区的高光谱数据进行拼接，结果表明，该拼接方法得到的全景图拼接处没有错位现象，几何位置准确。选取4种典型地物拼接前后的光谱曲线，其曲线走向基本一致，计算拼接影像与拼接前左右影像的光谱角余弦均值为0.965 2，光谱相关系数均值为0.863 2，光谱信息散度均值为0.424 0，欧式距离均值为0.494 1，四种光谱曲线相似性测度指标客观上显示了曲线的高度相似性，表明拼接前后同名点的光谱匹配度高，适用于无人机高光谱数据的拼接。该方法不仅提高了拼接影像的地理坐标精度，还在消除拼接缝的基础上最大限度的保证了光谱的保真性，并通过引入2幂子图像解决了影像在重叠度低的情况下配准算法失效的问题。但拼接前相邻航带同名点间存在光谱差异，且高光谱数据量大，拼接耗时多，如何利用重叠区域的像素修正系统误差，统一拼接图像的度量空间以提升光谱精度和稳定性并提高拼接速度仍是今后需要解决的问题。     

周期多孔板的面内振动衰减域及其优化

针对Bragg散射型周期多孔板难以实现较低起始频率并维持较宽衰减域的问题,优化设计了一种含菱形孔的周期多孔板。采用有限元法结合周期边界条件,并运用COMSOL对周期多孔板的面内弹性波频散关系进行计算,通过ANSYS模拟有限尺寸周期多孔板的频率响应,将周期多孔板悬吊进行了正弦波激励的振动试验。研究结果表明,含菱形孔的周期多孔板相比于含圆形和六边形孔的周期多孔板具有更宽的衰减域;材料属性对衰减域影响较大,丁晴橡胶和硅橡胶易于获得低频衰减域;孔隙率的增大有利于获得低频宽带的衰减域;增大菱形孔水平夹角能获得较宽的衰减域。对衰减域的形成机理分析发现,含菱形孔的周期多孔板同时具有Bragg散射型和局域共振型声子晶体的特性,表明两种衰减域机理具有内在的联系。优化设计的周期多孔板存在一条5281.76 Hz至8824.30 Hz的完全衰减域,经过至少2个周期,振动即得到较明显衰减。数值和试验得到的衰减区具有较高的一致性。该研究为减振降噪板的开发提供了新的思路,且由于制作过程便捷,在改善建筑声环境中具有潜在的应用前景。      

In-plane attenuation zone and its optimization in a plate with periodic holes

It is difficult to design a plate with wide attenuation zones in low frequency region based on Bragg scattering mechanism. A plate with periodic rhombic holes is optimized and designed. Based on the finite element method under periodic boundary conditions, the in-plane dispersion curves of periodically perforated plate are calculated via COMSOL. The frequency responses of periodically perforated plate axe investigated via ANSYS simulation. The plates with periodic holes are suspended and dynamically tested under sinusoidal excitations. The results show that a periodically perforated plate with rhombus holes has wider attenuation zones than plates with circular and hexagonal holes. Material properties have a great influence on attenuation zones: nitrile-butadiene rubber and silicon rubber can easily obtain low-frequency zones, while increasing porosity creates lower and wider zones. The width of attenuation zone increases as the horizontal angle of the rhombus holes increases. An analysis of the attenuation zones* generation mechanism shows that the plate with periodic holes exhibits characteristics of Bragg scattering and local resonant phononic crystal, indicating an inherent relationship between two types of mechanisms. The optimized plate has a complete attenuation zone ranging from 5281.76-8824.30 Hz. The vibrations are significantly reduced when the number of periods is no less than two. The attenuation range obtained via the numerical method is generally consistent with the experiment. The research sheds light on the noise insulation plate and has the potential to improve the sound environment in various applications due to its simple manufacturing.     

孔助光纤（Hole-assisted lightguide fiber）色散和双折射特性的研究

通过改变包层中空气孔的参数,孔助光纤（hole-assisted lightguide fiber）具有比传统光纤更容易调节的色散和双折射特性.采用有限差分法研究了包层空气孔数目、大小和位置等参数对孔助光纤色散和双折射特性的影响.数值计算结果表明：增加空气孔的数目和尺寸以及减小空气孔到纤芯的距离都能够使得零色散向短波长方向移动,减小空气孔与纤芯的距离有助于获得更大的双折射.     

圆芯型边孔光纤双折射的有限元分析

对网芯型边孔光纤固有双折射的研究结果进行了报道。在对边孔光纤固有烈折射的产生机理和计算原理进行研究的基础之上，采用有限元法分析了网芯型边孔光纤的内部应力分布和双折射的大小。研究结果表明圆芯型边孔光纤的几何双折射较小，以应力双折射为主；边孔的存在导致光纤纤芯和包层区域的应力分布发生了较大的变化。文章提出了两边孔的连线方向为边孔光纤的快轴方向．并就不同的边孔结构对光纤双折射的影响进行了研究，发现网芯网孔型边孔光纤的同钉双折射随边孔张角的增加而成指数关系增长．可通过增大边孔半径和减小两孔间距提高边孔光纤的双折射。     

基于光纤气体检测技术的煤矿自然发火预测预报系统

 分析了近红外光谱吸收式气体检测的基本原理以及煤矿采空区自然发火特征气体的选择，通过使用近红外激光光谱吸收式光纤气体传感器对采空区火灾特征气体浓度检测，报道实现了一套基于多种气体参数的火灾预测预报系统。系统使用分布反馈式半导体激光器（DFB LD）作为光源，光源驱动为低频锯齿波信号叠加高频正弦波信号，通过锁相放大器实现信号提取。根据采空区三带静态分布理论，给出了判断采空区自然发火危险程度的判定方法。该系统全部使用光纤进行井下信号传输和气体检测，使得检测精度更高，不带电工作，实时性更强，系统更加稳定可靠。     

A Large-panel Two-CCD Camera Coordinate System with an Alternate-Eight-Matrix Look-Up-Table Method

This study proposed a novel positioning model, composing of a two-camera calibration system and an Alternate-Eight-Matrix (AEM) Look-Up-Table (LUT). Two video cameras were fixed on two sides of a large-size screen to solve the problem of field of view. The first to the fourth LUTs were used to compute the corresponding positions of specified regions on the screen captured by the camera on the right side. In these four LUTs, the coordinate mapping data of the target were stored in two matrixes, while the gray level threshold values of different positions were stored in other matrixes. Similarly, the fifth to the eighth LUTs were used to compute the corresponding positions of the specified regions on the screen captured by the camera on the left side. Experimental results showed that the proposed model can solve the problems of dead zones and non-uniform light fields, while achieving rapid and precise positioning results.     

Micro-prism type single-lens 3D aircraft telescope system

Based on the image payload on an Unmanned Aircraft System, this study utilizes a micro-prism array and single-lens remote camera to assess the feasibility of having two virtual cameras shoot terrain image pairs with inclined ±10°. The software, LightTools, is applied for simulating and verifying the feasibility of the optical system. In comparison with traditional frame-type remote cameras, this study not only could acquire highly overlapped stereoscopic image pairs from different viewing angles, but could also increase the stereoscopic image pairs by two times. The system we propose obtains more stereoscopic digital terrain information than do traditional systems.     

一种LED汽车前照近光灯配光设计方案

从汽车前照近光灯GB4599-94标准出发,提出了一种LED近光灯的设计方案.该方案采用侧发光型LED为光源,以抛物面作为反射器设计的基础面,根据GB4599-94对近光灯的配光要求在ReflectorCAD中划分基础面,并合理调整各子面的面型数据,使光源经各子面反射后在配光屏上的光照分布满足配光要求.结果表明：采用400 lm侧发光LED和恰当的光学照明系统能完全满足GB4599-94标准对汽车前照近光灯光照分布的要求.限于400 lm侧发光LED尚未商品化,采用40.5 lm侧发光LED,通过10组LED-反射器模块叠加逼近此配光方案.     

一种LED汽车前照近光灯配光设计方案

从汽车前照近光灯GB4599-94标准出发,提出了一种LED近光灯的设计方案.该方案采用侧发光型LED为光源,以抛物面作为反射器设计的基础面,根据GB4599-94对近光灯的配光要求在ReflectorCAD中划分基础面,并合理调整各子面的面型数据,使光源经各子面反射后在配光屏上的光照分布满足配光要求.结果表明:采用400 lm侧发光LED和恰当的光学照明系统能完全满足GB4599-94标准对汽车前照近光灯光照分布的要求.限于400lm侧发光LED尚未商品化,采用40.5 lm侧发光LED,通过10组LED-反射器模块叠加逼近此配光方案.     

A systematic analysis of hole size,hole-type and rows shifting on slow light characteristics of photonic crystal waveguides with ring-shaped holes

A photonic crystal waveguide embedded in silica is proposed and the effects of number of defect rows adjacent to the line-defect, number of rows shifted in transverse direction to the light propagation and the types of holes in these rows on slow light properties are investigated without changing the line-width by plane-wave expansion method. We observe that the structure with one row of ring-shaped holes exhibits better slow light properties than the structure with two and three innermost rows of ring-shaped holes when outer and inner radius of the holes are considered as free parameters. Shifting the second innermost rows of holes is found to be preferable than shifting the second innermost rows of rings. Besides, shifting the second and third innermost rows together does not make considerable enhancement on the slow light properties as shifting only the second innermost rows, no matter the shifting holes are ring-shaped holes or only holes.