基于Kahan线性化快速计算梯度磁场下磁流变抛光区域抛光粉沉降特性

针对抛光粉沉降特性数值计算这一超大规模非线性问题,基于Kahan线性化解决了超大规模流固耦合计算问题。研究了以羟基铁粉和硅油为主要成分组合而成的抛光粉多相流在梯度磁场下抛光区域的沉降特性。以质量分数70%、粒径5 μm的羟基铁粉和粘度为0.973 Pa·s的硅油组合而成的抛光粉为研究对象,实现了不同的抛光轮转速、不同嵌入深度以及不同羰基铁粉质量分数情况下的沉降规律分析。结果发现:磁流变抛光区域的抛光粉会随着抛光轮转速的增大而增多;当到达出口时,抛光粉的分布趋于稳定状态;抛光粉会随着嵌入深度的增加而增多并存在饱和区;羟基铁粉的质量分数以非线性的方式影响沉降能力。     

基于SVD的超精密工件自寻位加工算法能力评价

为进一步改善超精密表面修形的最终精度、效率与成本,优化超精密自寻位加工的工艺方向与工艺决策过程, 开展了对超精密工件的自寻位加工算法点云融合过程的定量评价研究,提出了基于SVD的自寻位加工算法能力评价方法。首先基于运动学方法建立了点云融合的矩阵表示,分别对平动、转动、复合运动等情况建立了自寻位结果的转换矩阵表示,获得自寻位点云融合转换矩阵;进而对转换矩阵进行奇异值分解得到转换矩阵的奇异值列表;最后将列表中最大奇异值用以表征自寻位加工算法的能力。通过对某型超精密叶片在平动、转动和复合运动、共计1078组自由放置状态进行分析,发现所提出的评价指标在独立平动和独立转动两种任意放置情况下能够正确地表征自寻位加工算法的工艺能力。对于独立平动情况,自寻位加工算法能够正常定位加工,其最大奇异值也与预设偏差较小;对于独立转动情况,当旋转角度小于45°时,均能够正确地进行自寻位加工,最大奇异值差值也趋近于零,旋转角度超过45°时,算法的自寻位加工能力恶化,这一特性能够被所提指标正确捕捉。对于由平动和转动构成的复合运动而言,所提指标显示约35%的情况能够正确进行自寻位加工,其余情况无法进行正确的自寻位加工。结果表明本文所提方法建立的指标能够正确表征自寻位加工算法能力。     

基于结构字典学习的图像复原方法

本文提出一种新的结构字典学习方法,并利用它进行图像复原。首先给出结构字典学习的基本内容和方法,然后将傅里叶正则化方法和结构字典学习方法有效整合到图像复原算法中。结构字典学习方法是先将原图像进行结构分解,再分别学习出每个结构图像中的字典,最后利用这些字典对原图像进行稀疏的表示。结合傅里叶正则化,提出了一种有效的迭代图像复原算法:第一步在傅里叶域利用正则化反卷积方法得到图像的初步估计;第二步采用结构字典学习的方法对遗留的噪声进行去噪处理。实验结果表明,提出的方法在改进信噪比和视觉质量上都要优于6种先进的图像复原方法,改进的信噪比平均提升0.5 d B以上。     

生物组织脱水过程的太赫兹时域光谱

利用透射式太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术对猪脂肪、肌肉和皮肤三种新鲜组织的持续脱水过程进行在线连续扫描,观察太赫兹波时域谱在组织脱水过程的变化,并分析比较三种组织脱水前后的太赫兹波吸收系数及折射率的改变及差异.结果表明,太赫兹波对新鲜组织含水量的改变十分敏感,新鲜组织的含水量是影响太赫兹波吸收系数的主要因素.同时,不同组织对太赫兹的吸收有明显差异,表明太赫兹光谱技术可以鉴别不同的组织类型.本研究为太赫兹技术在生物医学领域的进一步研究和应用提供了帮助.     

磁流变抛光去除函数获取的微分解耦方法

针对非球面光学元件连续变曲率的特点,提出了一种基于平面抛光斑演变获取非球面磁流变抛光去除函数的技术思路。通过分析磁流变抛光机理,建立了磁流变抛光多因素耦合作用模型。基于该模型提出磁流变抛光去除函数获取的微分解耦方法,实现对抛光斑形成机制中的几何因素解耦,发现当工艺条件变化较小时,在空间中的特定点处,去除效率的变化量与工件浸入深度的改变量呈线性关系。实验观测的20个点中,有17处决定系数在90%以上,另外3处在80%以上,峰值去除率和体积去除率演变的决定系数分别达到92%和94%,实验验证了这一结论。     

面向中频误差的变距螺旋矩阵轨迹优化方法

磁流变抛光能够高效去除光学元件表面的低频误差,但同时也引入了中频误差,而中频误差的存在对光学系统的性能造成了严重影响,必须对其进行有效控制。对常用的光栅轨迹和螺旋轨迹进行了研究,发现规则的抛光轨迹导致卷积过程与实际去除过程不一致,会引入对称的迭代误差,而迭代误差是中频误差恶化的重要因素。基于对光栅轨迹和螺旋轨迹的研究,提出了一种变距螺旋矩阵轨迹优化方法,以降低光学元件中频误差。该轨迹通过打乱螺旋矩阵轨迹的螺距保留了光栅轨迹和螺旋轨迹简单易行的优点,同时也改变了轨迹线间的随机性。通过对加工前后的面形进行功率谱分析,验证了该轨迹能够有效降低其表面的中频误差,较光栅线和螺旋线中频收敛效率综合提高了26.59%。     

基于双边纹理滤波的图像细节增强方法

为了实现图像的细节增强,特别是纹理细节增强,同时尽可能保持图像的结构完整,提出了一种基于双边纹理滤波的图像多尺度分解方法。首先,对图像进行多尺度双边纹理滤波分解,分别得到一幅基本图像和一系列细节纹理图像。接着,类似于小波增强方法,对细节图像采用多尺度自适应增强方法,得到一系列增强后的纹理细节图像。最后,将基本图像和增强后细节图像相加,重构出最后的增强图像。实验结果表明:本文提出的增强方法能够在突出边缘的同时,较好地增强图像中的纹理细节信息。将基于双边纹理滤波的多尺度分解引入图像增强,能更好地体现图像纹理细节特征,为增强图像提供更加丰富的信息。     

一种基于禁忌搜索的全局最优化模糊聚类算法

模糊C均值（FCM）算法是一种基于贪心思想的迭代算法,算法沿迭代序列收敛到一个极小值,但存在搜索能力弱、易陷入局部最优的缺点.本文提出了一种基于禁忌搜索的模糊聚类算法,该算法在一个解的邻域内使用禁忌搜索,并采用了基于FCM局部收敛性质的长期表禁忌策略,保证在不断移动搜索起点的同时避免重复搜索;其次使用混沌优化思想与动态步长策略来提升算法的全局搜索能力,以达到获取全局最优解的目的.实验结果表明,改进算法极大地提高了聚类准确率,并具有良好的稳定性,与群智算法和遗传算法的优化相比也具有一定的优势.     

基于分段预留法的互连线二维电容提取技术

随着制造工艺的不断演进、电路规模的不断增大,集成电路逐渐进入后摩尔时代。如何准确快速地进行寄生电容参数提取,对于保证设计质量、减少成本和缩短设计周期变得越来越重要。文章提出了一种基于分段预留法的二维电容提取技术,该技术基于改进的有限差分法,采用非均匀网格划分和求解不对称系数矩阵方程,模拟互连结构横截面,可以高效计算出主导体的单位长度总电容以及主导体和相邻导体之间的单位长度耦和电容。为了验证提出方法的准确性和有效性,进行了一系列验证实验。实验结果表明,提出的互连线二维电容提取技术在寄生电容计算精度上平均提高了140倍,运行时间平均缩了10%。