基于光学低相干的焊缝外观特征检测

针对目前焊缝外观检测实时性差、精度低等问题,提出一种基于光学低相干的焊缝外观特征检测方法。利用光学低相干测量原理获取焊缝外观的三维坐标信息,并利用滤波算法提取出焊缝三维轮廓;基于焊缝轮廓线的特征,提出采用DBGBCA算法对点集进行分类,以确定拟合区间;利用RANSAC算法进行直线拟合后,精确调整多项式拟合区间和拟合阶数进行曲线拟合;基于直线拟合和曲线拟合确定特征点,得到焊缝外观参数。试验结果表明,所提方法可使检测结果精确到0.004 mm,满足工业生产要求。     

MEMS-LiDAR的光源准直透镜设计

半导体激光器能量转换效率高、体积小、稳定性好,因此激光雷达常以半导体激光器作为光源。针对半导体激光发散角大,而传统的分离式双柱面准直透镜组存在装调误差大、结构复杂、稳定性低的缺点,提出一体化非球面柱透镜准直方案,分别在两面的相互正交的两个方向设计不同的面型,压缩发散角,同时实现半导体激光器快慢轴两个方向的准直。根据费马原理及扩束准直理论初步确定两正交方向准直面面型参数,以最小光斑半径和最大光通量为目标,以MEMS微镜尺寸为限制因素进行优化,最终完成发射端光学设计。准直后光束快轴发散角2 mrad,慢轴发散角9.6 mrad,准直效果接近车规级激光雷达的平均角分辨率,透镜体积为10×10×24 mm~3,发射端系统总长40 mm,系统通光率大于98.6%,满足MEMS-LiDAR对光源准直度、发射端系统集成度和稳定性的要求。     

基于高光谱激光雷达的滞尘叶片光谱特征分析

城市绿植为城市生态系统提供自净功能, 起到净化空气以及滞尘降尘等多种环境保护作用, 而滞尘等因素也 会对绿植产生影响。为了研究滞尘对城市绿植叶片光谱特征的影响, 采集了四种常绿绿植 (八角金盘、石楠、香樟和 玉兰) 叶片样本, 使用高光谱激光雷达系统获取高光谱点云数据, 分析了滞尘对叶片光谱特征的影响。分析结果表明: 对于不同种类叶片, 滞尘对可见光波段反射率均有较大影响; 对于同种类叶片, 滞尘对近红外波段的反射率差异影响 较大, 可见光波段的反射率差异为 1.21%∼3.41%, 近红外为 1.76%∼8.49%; 线性四点内插法计算和光谱导数分析表明 滞尘对四种叶片的红边位置无显著影响; 四种叶片的叶面水含量指数 (LWI) 对滞尘的响应程度最小 (均小于 3.7%), 而 比值植被指数 (RVI) 对滞尘的响应程度最大 (除香樟外, 均大于 20.0%), 红边指数 (SDr)、简单比值指数 (SR) 和叶面叶 绿素指数 (LCI) 的响应程度稳定性较差。进一步建立了滞尘植被指数和响应程度的线性相关性拟合模型并进行了检 验, 其中以 LCI 为自变量建立的模型为最稳定拟合模型, 可表示为 y = −1.527x + 0.6597, 决定系数约为 0.88。     

基于点云配准的多固态激光雷达标定算法

针对多个固态激光雷达协同工作时,需要准确地进行外参标定的实际需求,提出一种基于点云配准的多固态激光雷达自动标定算法。该标定算法由标定物分割、初始配准和精确配准三个阶段构成。在标定物分割阶段,首先通过叠加多帧非重复扫描数据制作标定点云,再使用半径滤波和体素下采样滤波分割出纹理特征明显的目标点云。在初始配准阶段,使用3D-HARRIS算法提取关键点,并使用方向直方图(SHOT)特征描述子进行特征描述,然后匹配对应点并使用采样一致算法完成初始配准;在精配准阶段使用迭代最近邻(ICP)算法进行精确配准,从而获得精确的外参标定效果。在Bunny兔数据集和现场获得的数据上进行实验,结果表明,当保证配准平均误差小于1 mm的前提下,所提出算法的性能优于多种现有算法。     

面向复杂大气扰动的GB-InSAR相位误差补偿方法

大气扰动是地基干涉合成孔径雷达（GB-InSAR,Ground-Based Interferometric Synthetic Aperture Radar）测量的主要误差源之一。在复杂大气条件下,常规的大气相位补偿方法不再适用,本文提出了一种基于PS（Permanent Scatterer,永久散射体）技术的改进方法。该方法首先通过Delaunay三角网建立临近PS对,分析各临近PS对的差分相位序列标准差,实现PS集合中的噪声点或部分形变点的滤除;然后根据气象数据估计出参考大气相位序列,通过计算剩余PS的干涉相位序列与参考大气相位序列的MIC（Maximal Information Coefficient,最大互信息系数）,结合空间维相干系数,采用双阈值实现稳定 PS的选择;最后采用Kriging插值拟合方法,实现复杂大气条件下的大气相位估计。采用本文所提方法,对九道拐区域实测数据进行了处理,相比于常规方法,有效降低了大气相位补偿误差,保证了GB-InSAR的形变测量精度。      

采样频率和激光脉宽对全波形激光雷达测距精度的影响

全波形激光雷达测距精度,又称测距重复精度或测距标准差,受激光器出光稳定性、激光脉宽、探测器响应时间抖动、电路噪声、波形形态、波形采样频率和波形处理算法等因素影响。理论分析了不同采样频率和不同脉宽对全波形激光雷达测距精度的影响,并采集不同的采样频率(1.25、2.5、5 GHz)和不同脉宽(1、2、3、···、10 ns)条件下的波形数据,经滤波、插值、波形提取等预处理后,利用线性高斯拟合、加权线性高斯拟合、迭代加权线性高斯拟合、期望最大化算法、和Levenberg Marquardt算法共5种算法计算测距值并统计测距精度。实验结果表明,EM算法获得的测距精度相比其他4种算法受到波形畸变的影响最小;加权线性高斯拟合算法获得的测距精度受采样频率变化的影响最小;相同波形幅值条件下,实际脉宽增加2.47倍,利用EM算法获得的测距精度从0.97 mm下降至1.18 mm,因此增加脉宽会降低测距精度;在光脉宽为4 ns的情况下,5 GHz采样频率数据在EM算法获得的测距精度分别为2.5 GHz、1.25 GHz采样频率数据的测距精度的1.71倍和3.07倍,而当2.5 GHz和1.25 GHz采样频率数据分别插值2倍和4倍至5 GHz后,仅为1.17倍和1.29倍,因此提高采样频率能够提高测距精度,而对低采样频率数据进行插值能够获得接近高采样频率数据的测距精度。     

脉冲调制激光雷达水下成像系统

针对水下目标探测应用场景,给出了相应的532 nm波长激光雷达系统参数,结合条纹管激光雷达和载波调制激光雷达的优点,设计研制了一套水下三维成像增程激光雷达原理样机。相对于常见的微波调制激光产生高频脉冲的方案,该原理样机采取调Q技术压缩激光脉冲,再结合F-P腔的特性产生高频激光脉冲,具有峰值功率高和输出能量高的优点。实验结果表明,该原理样机在清水环境中成像距离优于20 m,能够捕捉到13 m处直径9 mm的目标细节;在浊水环境中的信号处理增程能力达到81.4%,相对距离分辨误差为0.01 m。所获得的实验结果为进一步提升水下激光雷达的成像距离和分辨率进而发展水下成像装备奠定了基础。     

自适应调节滤波强度的SAR图像非局部平均抑斑算法

为提升对SAR图像乘性相干斑的抑制水平与边缘保护性能,该文提出了一种可自适应调节滤波强度(AFS)的SAR图像非局部平均(NLM)抑斑新算法(AFS-NLM).该算法利用Frost滤波图像计算的局部均值与方差来改善SAR图像场景参量的估计,形成了一种能更好刻画SAR图像同质区与边缘区的改进Kuan滤波系数.利用局部均值比与改进Kuan滤波系数分别作为新的相似性测量参量与自适应衰减因子,构建了一种更适应SAR图像乘性噪声特性的改进NLM滤波.利用偏平滑参数与偏边缘保护参数控制下的改进NLM滤波,分别替代经典Kuan滤波模型中的像素局部均值与自身灰度值作为加权项,并采用由改进Kuan滤波系数构建的自适应调节因子对二者进行加权平均,从而形成了一种可自适应调节滤波强度的加权滤波新模型.实验表明,该文算法与近期多种先进算法相比,具有更好的相干斑抑制与边缘保护性能.     

分离式长电偶极子稀疏阵列的相干信号多维参数联合估计

由长电偶极子或大磁环组成的大尺寸电磁矢量传感器(ElectroMagnetic Vector Sensor,EMVS)比小尺寸EMVS辐射效率更高,研究其参数估计算法有助于推动EMVS的实装化应用.该文针对分离式长电偶极子稀疏阵列相干目标参数估计问题,提出高精度无模糊的多维参数闭式解算法.首先利用空域旋转不变性和单个矢量传感器内部属性得到方向余弦的高精度周期性模糊估计值,然后借助单个矢量传感器导向矢量推导出2维波达方向粗估计值,最后通过解模糊得到高精度无模糊的多维参数估计值.该方法规避了传统极化平滑算法的极化信息损失和迭代搜索过程,且能实现参数自动配对.计算机仿真结果表明了所提算法在分离式长电偶极子线阵中解相干的有效性.     

激光雷达距离像相关跟踪中的图像预处理

相干激光雷达距离像预处理是获得最终图像必不可少的步骤,其处理的好坏直接关系到目标识别的正确与否及追踪的稳定性.本文首先通过基于相干激光雷达特性得到仿真激光雷达含噪距离像与强度像,进而对原始噪声图像进行了背景抑制与距离反常抑制(中值滤波)以及二者结合预处理.用基于MCD距离的相关算法对处理前、后图像进行追踪.最后给出跟踪绝对误差.