参数未知的统一超混沌系统自适应反同步

文章研究了参数未知的统一超混沌系统的控制与同步问题.首先基于Lyapunov稳定性理论,设计了自适应控制器,证明了该控制器可使参数未知统一超混沌系统渐近稳定于不动点.其次使用自适应反同步方法,设计了自适应同步控制器,实现了参数未知统一超混沌系统的完全同步,最后数值仿真实验进一步验证了所提出方案的有效性. 关键词： 统一超混沌系统 自适应控制器 自适应反同步     

双压电片反射镜面形精度补偿的仿真分析

针对硬X射线自由电子激光(HXFEL)对偏移镜组提出的初步要求(压弯前、夹持后子午面形误差小于0.5μrad),传统机械压弯难以满足且实时修正,因此采用压电片侧放式双压电片反射镜(PBM)结构。反射镜水平放置,通过奇异值分解(SVD)法计算修正自重所引起的低频面形误差所需的电压值,并辅以有限元分析法验证方案的可行性;针对不同的压弯面形进行求解分析,然后加入热分析法解决由局部辐射引起的面形突变。仿真结果表明,在自重的情况下,反射镜的初始斜率误差为242.43 nrad (均方根,RMS),在压电压弯修正后其斜率误差可以大幅降低至7.743 nrad (RMS);对目标面形进行调节,实际压弯面形与目标面形间的斜率误差仅为0.0024 nrad (RMS)。     

带像差校正功能的柔性变焦透镜

为了校正柔性变焦透镜变焦过程中出现的光学像差,提出了一种带校正像差功能的柔性变焦透镜。所提透镜由变焦模块和基于压电致动器的像差校正模块组成。制备了变焦透镜的原理样机并搭建实验光学系统对其进行了测试。测试结果表明,所提透镜可实现-1～5 D的屈光力变化;像差校正模块可精确重构3～9项Zernike多项式像差,归一化残余误差小于4%;对不同屈光力下的系统像差进行校正,校正后系统的波前像差下降幅值均在76%以上,系统成像质量明显提升。     

砂壤潮土有机质含量可见-近红外光谱预测

土壤有机质（SOM）是影响播量的土壤关键参数,根据SOM信息对播量进行实时调控,投入最优化的种子量,充分利用地力资源挖掘产量潜力,节约良种,实现种植收益最大化,是目前播种领域最前沿的研究方向。以玉米主产区之一的华北平原为研究区域,对该区域砂壤潮土进行了可见-近红外（300～2 500 nm）光谱采集。采用蒙特卡罗交叉验证剔除了异常样本,结合Savitzky-Golay卷积平滑法对光谱数据进行平滑去噪处理。分别通过竞争性自适应重加权算法（CARS）、连续投影算法（SPA）、竞争性自适应重加权-连续投影（CARS-SPA）、无信息变量消除（UVE）及变量组合集群分析法（VCPA）等波长筛选方法提取有效变量,并结合偏最小二乘回归（PLSR）分别建立了全波长和特征波长的SOM含量预测模型。结果表明,不同方法筛选的波长数目及波长位置存在显著差异,CARS和SPA算法选择的光谱特征在整个光谱范围都有分布,UVE和VCPA筛选的波段较为集中,且基于CARS-SPA方法可以进一步优选特征变量,其特征波长仅为全波长数量的15%。通过对比不同模型的建模及预测效果,除UVE和VCPA算法外,其余算法构建的模型均能实现SOM含量的有效预测,其RPD值均大于2.0。基于CARS-SPA构建的PLSR模型效果最好,其R2_P和RPD分别0.901和3.188,均高于其他方法,不仅降低了无效信息对预测效果的干扰,且模型的运算效率得到了明显的提高,可以很好地实现该地区SOM含量的可靠预测。该研究可以为SOM含量快速预测及仪器设计提供方法参考。     

High-precision detection technology of NO concentration based on UV differential-adaptive interference cancellation北大核心CSCD

In order to realize high-precision monitoring of vehicle emission, a high-precision and wide-range NO measurement method was proposed. Aiming at the problem that the absorption peaks of SO2 and NO in emission overlapping in the UV band, and it was impossible to directly perform single-component gas inversion, the differential optical density (DOD) of mixed gas in the NO sensitive band (200 nm～230 nm) was first calculated by the ultraviolet differential optical absorption spectroscopy (UV-DOAS) method. Then, the adaptive interference cancellation technology was introduced to achieve rapid separation of mixed gas DOD. Finally, the least square method was used to perform the concentration inversion of separated NO. This method could achieve rapid inversion of NO concentration (volume fraction of gas) in the range of 100×10−6 to 3 000×10−6. After testing, the absolute value of the relative error of inversion is less than 10% in the concentration range of 100×10−6 to 200×10−6, and less than 5% in the concentration range of 300×10−6 to 3 000×10−6. This method has the characteristics of large measurement range and fast speed, and can meet the measurement requirements of NO concentration in the range of 3 000×10−6 in vehicle emission. © 2022 Editorial office of Journal of Applied Optics. All rights reserved.     

基于自适应阈值和动态更新因子的ViBe改进算法

针对传统ViBe算法不能及时反映场景变化,动态场景适应性差等问题,提出一种改进的ViBe算法。改进内容包括:采用随机选取背景样本和24邻域法获取初始背景,可以加速“鬼影”消融;结合大津法（OTSU）和均匀性度量法的平均自适应阈值计算方法,可以提高算法对树叶晃动、水波纹和光照变化等环境的适应性,最大限度保留有效像素;更新阶段引入自适应更新因子,可以有效减少被误判的概率,从而增强算法的鲁棒性;最后通过形态学处理和滤波使目标更加完整。采用标准数据集视频对改进算法进行了测试和对比分析,改进算法相对于KDE算法、GMM算法和传统ViBe算法各项指标均有大幅度提高,精确度分别提高30.44%、40.72%和20.95%,错分比分别降低了43.28%、40.59%和29.43%。     

多尺度有限元法结合分层网格模拟二维奇异摄动的两端边界层问题

通过摄动系数建立分层网格,用多尺度有限元法捕捉对流扩散方程的两端边界层,研究二维奇异摄动模型。基于分层网格并利用多尺度基函数刻画了边界层的微观信息,用有限的计算资源、较短的计算时间, 得到了不依赖于摄动系数、一致稳定的模拟结果。     

自适应斜Z字形采样Hadamard单像素成像

单像素成像技术在成像速度和质量上已经取得一定的进展,然而,如何在保证成像质量的前提下提升成像速度仍然是一个待解决的问题。对Hadamard系数矩阵中每条斜列上的系数绝对值求取平均值后,发现其具有迅速减小的特征,基于此发现提出了一种自适应斜Z字形采样方法,以实现预期的成像质量和速度提升。实验结果表明,该方法可以有效减少采样次数与数据采集量,兼顾成像质量的同时提升了成像速度。在相同的采样率下,其成像质量优于顺序采样的单像素成像。     

光子计数激光雷达的时间相关卡尔曼深度估计

在高背景噪声和低积分时间的激光雷达远距离成像场景中,针对传统方法得到的深度图像目标被噪声淹没和深度估计偏差较大的问题,提出了一种基于信号光子时间相关性和自适应卡尔曼滤波器的深度信息估计方法。首先,提取在时间上具有聚集特征的光子计数形成集合;然后,分析了影响信号光子在时间上分布的因素并使用静态高斯线性模型来描述该集合;最后将集合中的所有光子飞行时间乱序,输入改进的自适应卡尔曼滤波器,从而迭代估计深度值。在信号噪声比为1的室内,积分时间分别为10 ms和1 ms时,本文方法相对传统的最大似然方法在均方根误差指标上提升了40%和38%。在信噪比约为0.135的室外2 km目标成像实验中,在信号光子数分别为100、33和17的情况下,本文方法成像效果都优于传统最大似然估计方法和时间相关光子快速去噪方法,得到的深度图像都更清晰,噪声更低。在高噪声和短积分时间下,本文方法可以被运用于激光雷达远距离成像的深度信息估计和图像恢复中。     

基于双向反射分布函数模型的结构光投影自适应调制方法

金属结构件的三维形状测量是评定金属构件加工质量的基础,基于结构光的三维重建方案受到金属构件中的高亮反射影响,存在着信噪比下降,甚至数据缺失的问题。针对金属构件检测中的高光问题,提出了一种自适应的条纹投影测量方案,并将其应用到金属表面的形状尺度测量中。采用了结合阈值化方法和色彩空间变换的方法检测图片高光区域,使用基于极线约束的投影-相机双视图搜索方法获取相机投影仪之间的变换关系,提出了基于双向反射分布函数(BRDF)光学成像模型的条纹调制参数生成方案,实现了投影条纹的像素级调制。实验结果表明,所提方案在减少投影次数提高测量效率的同时,高光区域测量结果的无效区域补偿率达51.3%,测量精度提升77.4%。