压缩光场重建与深度估计

针对光场深度估计过程中数据量大、边缘处深度估计结果不准确问题,利用压缩感知原理重建光场,提出一种新的多信息融合的光场图像深度估计算法。利用压缩感知重建算法重建5×5视角光场数据,获取光场数据后首先移动子孔径实现重聚焦,然后利用角度像素块散焦线索和匹配线索计算出场景初始深度和置信度。计算图像边缘信息,通过融合初始深度、置信度、边缘信息获取最终深度。实现压缩光场仿真重建,并对仿真光场数据和公开光场数据进行深度估计,实验结果表明:可以仿真重建出5×5视角光场数据,且仿真重建的光场可用于深度估计。该深度估计算法在场景边缘处的深度估计结果边界清晰,层次分明,验证了重建光场深度估计的可行性与准确性。     

基于注意力机制与图卷积神经网络的单目红外图像深度估计

对场景中的物体进行深度估计是无人驾驶领域中的关键问题,红外图像有利于在光线不佳的情况下解决深度估计问题.针对红外图像纹理不清晰与边缘信息不丰富的特点,提出了将注意力机制与图卷积神经网络相结合来解决单目红外图像深度估计问题.首先,在深度估计问题中,图像中每个像素点的深度信息不仅与其周围像素点的深度信息相关,还需考虑更大范...     

一种用于辉光放电光谱深度分析的激光实时测量新方法

辉光放电原子发射光谱仪可用于物质表面化学成分随深度分布的分析,在镀层分析、金属材料检验等领域有着广泛的应用。文章介绍了辉光深度分析的传统方法和局限性以及实时深度测量技术的近期研究,提出了一种用于辉光放电光谱深度分析的激光实时测量新方法。文章采用激光位移传感器和根据激光测量方法设计的辉光放电光源构成实时深度测量系统,详细阐述了系统的设计方案和技术原理。系统的设计结构能够实现在辉光光谱分析的同时进行激光实时溅射深度的测量。通过实验验证和分析了激光实时测量样品溅射深度过程中产生的光源位移现象。采用双激光器实时深度测量系统对锌合金标准样品进行了溅射深度的实时测量,给出了实时深度测量曲线。通过将溅射面测量曲线与参考面曲线进行叠加,得到了样品溅射坑深度的实际值,与Dektak8型表面形貌仪测量结果一致。     

样品散射对频域光学相干层析成像光谱形状和深度分辨率的影响

研究了样品散射性质对频域光学相干层析成像干涉谱信号和深度分辨率的影响。理论分析和模拟结果表明:样品散射使干涉谱信号的强度分布发生改变且向长波方向偏移,进而降低了成像的深度分辨率;样品的散射系数越大、深度越深,偏移越严重,深度分辨率降低越多;使用相应的校正函数可以提高深度分辨率。     

基于实验方案设计与优化的课堂深度学习——以“探究光的反射定律”为例

深度学习是相对浅层学习而言的,深度学习旨在培养学生的高阶思维能力.以深度学习理论为指导,以“探究光的反射定律”一课为例,关注学生思维加工的程度,优化实验方案的教学设计,促进学生深度学习.     

一种层析深度图像去噪算法

常规图像去噪方法难以去除飞行时间技术或结构光等深度传感器所获取的深度图像中的大量噪声,因此提出一种根据图像深度值进行分层的去噪算法。该算法首先对深度图像实现噪声强度估计,根据噪声强度和深度图像的探测距离范围,确立图像的深度层级间隔,并得到分层级的深度图像,然后对每一层级的深度图像进行去噪,最后对分层级的图像进行拼合,合成完整深度图像。实验结果表明,该算法能够有效去除图像中不确定性干扰噪声,同时较好地保持图像中目标和景物背景的原始细节以及边缘信息。     

基于优化估计的深度图像修复与误差补偿方法研究

针对Kinect传感器在获取深度图像时存在深度值随机跳变的不准确性问题,基于最优估计的思想,提出卡尔曼滤波与多帧平均法相结合的图像修复方法。首先利用卡尔曼滤波对多幅深度图像进行修复处理,实现Kinect传感器在采集信息过程中随着时间递推,深度值的跳变逐渐趋于平稳的效果;然后基于多幅图像平均法确定最终的深度图像,解决了Kinect获取深度值存在误差导致的不精确问题。实验结果表明,该算法的均方根误差为38.102 5,平均梯度为0.471 3,信息熵为6.191 8,与单幅图像修复效果相比,得到的深度图像边缘更加清晰。     

液体表面波振幅与激发深度的关系

研究了液体表面波振幅随激发深度的变化特性.采用探针式激发器激发,观察到液体表面波的衍射图样|改变激发深度,得到不同激发深度处的衍射图样|根据衍射图样分布与表面波振幅之间的关系并进行计算机编程,获得表面波振幅与激发深度之间的关系.用最小二乘法拟合,发现|液体表面波振幅随激发深度的增加而减小,并呈指数规律.     

液体表面波振幅与激发深度的关系

研究了液体表面波振幅随激发深度的变化特性.采用探针式激发器激发,观察到液体表面波的衍射图样;改变激发深度,得到不同激发深度处的衍射图样;根据衍射图样分布与表面波振幅之间的关系并进行计算机编程,获得表面波振幅与激发深度之间的关系.用最小二乘法拟合,发现:液体表面波振幅随激发深度的增加而减小,并呈指数规律.     

理想浅海波导中声场奇异点与声源深度的关系

为了有效利用声场奇异点蕴含的声源参数信息,研究了在理想浅海波导中,远场不同邻阶模态组的声场奇异点与声源深度之间的关系。推导计算了典型浅海声源声场的邻阶模态组奇异点位置,并通过仿真对奇异点的分布进行分析,结果显示邻阶模态组的阶数和阶差越大,奇异点分布越复杂。进一步研究发现,邻阶模态组第一组奇异点的深度和声源深度之间存在联系,并且基于奇异点与声压场的对应关系,在获得准确模态分布的前提下,可以通过两个邻阶模态组的第一组奇异点深度逆运算获得对应声源深度信息,也可以通过第一组奇异点深度反演获得声源深度信息。该文为获取浅海声源深度提供了思路。     

表面窄缺陷深度的光声检测方法

为实现对表面缺陷深度的激光超声定量检测,建立了与缺陷宽度有关的深度测量理论。建立了含有宽度修正项的深度测量公式,并定义了缺陷尺寸比值概念,划分了窄缺陷、极窄缺陷与宽缺陷三种缺陷类型,以及在这三种不同类型下缺陷深度测量方法的适用性,并采用有限元仿真加以验证;搭建了激光超声检测实验平台,对铝合金表面缺陷样品进行了深度检测。结果表明:引入宽度修正项可实现对窄缺陷深度的定量检测,该方法的平均测量误差不足5%,很好地实现了缺陷深度的精确测量。     

应用波段深度分析和偏最小二乘回归的冬小麦生物量高光谱估算

当作物生物量较大时,现有植被指数由于受饱和问题限制,不能较好的估算作物生物量。针对此问题,尝试将波段深度分析与偏最小二乘回归(partial least square regression,PLSR)结合,提高对大田冬小麦生物量的估算精度,并将两者结合建立的模型与应用代表性植被指数建立的模型进行生物量估算精度比较。波段深度分析主要对冬小麦冠层光谱550～750nm范围进行,采用波段深度、波段深度比(band depth ratio,BDR)、归一化波段深度指数和归一化面积波段深度对波段深度信息进行表征。在建立的模型中,波段深度分析和PLSR结合的估算精度比应用植被指数模型的精度高,其中BDR与PLSR结合的估算精度最高(R2=0.792,RMSE=0.164kg.m-2)。研究结果表明波段深度分析与PLSR结合能较好的克服生物量较大时存在的饱和问题,提高冬小麦生物量的估算精度。     

飞秒双脉冲激光照射金属薄膜的热行为

通过双温方程对飞秒单脉冲与双脉冲照射金薄膜进行了计算模拟分析,得到了金靶的电子温度和晶格温度随着时间空间的变化。在同样激光能量密度下,单脉冲与双脉冲使得金膜温度的变化表明双脉冲使得更多的激光能量渗透到靶材内部,这些能量可以使得烧蚀深度更深,有利于提高激光烧蚀靶材的效率。计算结果显示随着激光能量密度的增加熔化面深度逐渐增加,单脉冲与双脉冲熔化面深度的变化明显不同。在激光能量密度高于损伤阈值附近,单脉冲的烧蚀深度大于双脉冲的烧蚀深度,随着激光能量密度增加,双脉冲的烧蚀深度将大于单脉冲的烧蚀深度。     

飞秒双脉冲激光照射金属薄膜的热行为

通过双温方程对飞秒单脉冲与双脉冲照射金薄膜进行了计算模拟分析,得到了金靶的电子温度和晶格温度随着时间空间的变化。在同样激光能量密度下,单脉冲与双脉冲使得金膜温度的变化表明双脉冲使得更多的激光能量渗透到靶材内部,这些能量可以使得烧蚀深度更深,有利于提高激光烧蚀靶材的效率。计算结果显示随着激光能量密度的增加熔化面深度逐渐增加,单脉冲与双脉冲熔化面深度的变化明显不同。在激光能量密度高于损伤阈值附近,单脉冲的烧蚀深度大于双脉冲的烧蚀深度,随着激光能量密度增加,双脉冲的烧蚀深度将大于单脉冲的烧蚀深度。     

指向深度教学 提升核心素养——以“验证牛顿第二定律”教学为例

深度教学主要针对目前课堂教学中存在的对知识浅层学习的现状及问题,主张通过知识的深度处理,引导学生深度学习.深度教学是有效提升学生核心素养的重要路径.通过以"纸带"为思维发散中心,促进知识的深度整合;展开小组讨论反思,激励学生提出"问题簇",逐步深入探索知识的逻辑形式;建构力学实验物理模型,培养学生迁移应用能力;及时显化科学方法,引导学生感悟科学思维的4个基本策略,在"验证牛顿第二定律"教学中,逐步实施深度教学,提升学生核心素养.     

基于视角无关转换的深度摄像机定位技术

通过整合深度和颜色信息,深度摄像机Kinect能够稳健的侦测出人体及人体骨架关节点,为计算机视觉、人体行为识别、机器人学的发展带来了革命性的进步.然而单台深度摄像机的侦测范围有限.虽然采用多台深度摄像机所构建的摄像机网可有效的扩大侦测范围,但是必须依赖深度摄影机之间的相对位置与朝向的精确标定.论文采用作者之前提出的以人体骨架为基础的视角无关转换技术,能快速稳健的标定出深度摄像机之间的位置关系.通过利用相邻两台深度摄影机同时侦测到的人体骨架,论文能直接利用深度摄影机所量测的人体上半身中稳定的关节点为新坐标系的参考点,实时的计算出两摄影机之间的平移向量和旋转矩阵,而不依赖其他额外的校正设备或人为介入处理.通过在室内环境中安装两台摆放于不同位置与朝向的深度摄影机,从而,验证了该方法的实时性与易用性.该实时标定方法解决了深度摄影机侦测范围有限的限制,同时,可由两两相邻的标定扩展到多台深度相机的全局标定,从而,可以被广泛的应用于人体行为识别、情境感知服务等领域.     

基于深度图像利用随机森林实现遮挡检测

提出了一种新颖的利用随机森林检测深度图像中遮挡现象的方法。该方法从一幅深度图像中提取每个像素点的遮挡相关特征,利用随机森林分类器检测每个像素点是否为遮挡边界点,得到图像中的遮挡边界。主要贡献在于:提出了一种新的遮挡相关特征深度值离散度特征,同时引入高斯曲率特征,并将它们与现有特征相结合来检测遮挡边界;以特征重要性和特征提取时间为衡量标准,对深度图像中的各遮挡相关特征进行了分析评估,在此基础上,选取平均深度差、最大深度差、平均曲率、高斯曲率和深度值离散度5种特征用于设计遮挡检测分类器;一种新的遮挡检测方法,利用随机森林解决深度图像的遮挡检测问题。实验结果表明,同已有方法相比,所提方法具有较高的准确性和较好的通用性。     

一种基于模态域波束形成的水平阵被动目标深度估计

水面水下目标分辨与识别一直是被动声呐探测领域的难题.利用一种水平阵模态域波束形成算法获得己知方位目标声源的各阶模态强度,将其与不同深度的各阶参考模态强度进行匹配,最终实现了对声源的深度估计.仿真结果表明,该算法可以在信噪比为-10 dB的情况下,用300Hz带宽的信号样本,实现对声源深度的有效估计.系统分析了不同参数和不同波导条件对该方法目标深度估计性能的影响.其中,阵元数越多,模态样本数越多,计算频段越宽,方位估计精度越高,有效阵长越长,深度估计的性能越好.阵元间距和波导深度的变化不会影响该方法的深度估计性能,并且该方法的深度估计性能在声速剖面、海底参数等波导条件存在扰动时具有鲁棒性.     

碳纤维复合材料内部缺陷深度的定量红外检测

利用脉冲红外热成像技术对碳纤维复合材料试件内部的模拟脱黏缺陷的深度进行测量, 研究在被测物热属性参数未知情况下,碳纤维增强塑料中缺陷深度的测量方法. 分析了平板材料在脉冲热源激励下的一维热传导模型;给出了内部缺陷深度的红外测量原理; 选用对数温度二阶微分峰值时刻作为特征时间测量缺陷深度; 考虑单点标定测量深度可能产生较大的随机误差,提出利用最小二乘法多项式拟合建立阶梯件中阶梯深度与其对应的对数温度时间二阶微分曲线峰值时间两者之间的标定关系式的方法, 选择在相对误差平方和最小情形下的拟合关系式作为脱黏缺陷深度测量的标定关系式. 实验结果表明,利用该方法测量脱黏缺陷深度的精度优于单点法标定测量结果, 实现了在被检测材料热属性参数未知的情况下仍能较准确地测量脱黏缺陷深度.     

利用宽带声场频率-掠射角干涉结构的深海直达声区目标深度估计方法

针对典型深海环境中宽带声源的深度分辨问题,通过研究深海声场随频率起伏的干涉结构与垂直线阵频域波束输出图中的干涉结构,给出一种直达声区内可区分多水下目标的宽带声源深度估计方法。该方法以近水面目标的射线声场模型为基础,推导出近海面宽带声源接收声场的波束输出表达式,阐明了频域波束输出图中干涉结构与声源深度的对应关系。然后利用改进的傅里叶变换方法将二维频域波束输出图映射到声源深度-掠射角度域,可实现声源深度信息的有效分离。最后开展了深海实验验证,利用垂直阵接收拖曳声源发射的宽带白噪声信号,拖曳声源深度计算结果与实测声源深度基本一致。数值仿真与实验结果均表明该方法可以在多目标复杂环境下准确估计出水下宽带声源的深度。