基于点特征的单目视觉位姿测量算法

针对位姿求解过程中存在的解不唯一、选解难和解的精度不高等问题,提出一种基于点特征的单目视觉位姿测量算法。首先,根据共面4个特征点之间的位置关系,分别对平行和相交两种情况进行分析;其次,根据特征点的空间坐标、图像坐标和空间位置关系,推导出世界坐标系中3个坐标轴上的向量变换到摄像机坐标系中的单位向量,进而求解出物体相对于摄像机的初始位姿;最后,用LM算法对初始位姿进行优化,得到最终位姿。实验结果表明:文中算法的合成误差为0.54 mm;现有的EPnP算法、两点一线算法和P3P算法的合成误差分别为1.28、1.52和4.26 mm;文中算法的合成误差分别减小了57.8%、64.4%和87.3%,优于现有的EPnP算法、两点一线算法和P3P算法。     

基于TDLAS的CO2高温高压谱线参数测量研究

气体谱线参数的准确性对于应用可调谐半导体激光吸收光谱技术(TDLAS)开展燃烧流场参数的精确测量十分重要。针对目前谱线数据库参数在高温高压环境的不确定性,以主要燃烧产物CO₂作为目标气体,开展了CO₂高温高压谱线参数测量研究。设计了耐高温高压气室,在三段管式炉上搭建了一套气体谱线参数高温高压校准装置,以分布反馈式(DFB)半导体激光器作为光源,对中心频率4 988.655 cm^-1的CO₂吸收光谱进行了测量,获得了373～673 K温度范围内,1～3 atm多个压强下的纯CO₂高温高压吸收光谱,经过Voigt线型拟合等数据处理,得到了线强、自展宽系数、温度指数等谱线参数,与HITRAN2016数据库对应的参数进行对比,线强相对误差在-8.6%～-2.4%,线强不确定度约为4.1%,自展宽系数相对误差在-8.8%～2.1%,所测数据对现有的谱线数据库起到了修正和补充。     

冷链温度在线计量的不确定度动态评定

温度测量过程具有时变性、随机性以及自相关性的特点，传统的不确定度评定方法并不适用。针对冷链温度在线计量的不确定度动态评定这一难点，提出一种结合马尔科夫链蒙特卡洛的数据融合贝叶斯估计方法。按历史数据设定先验分布，对当前样本数据应用最大似然估计方法获得似然函数，以先验分布和似然函数的联合概率密度函数为状态转移函数构造马氏链，并使用Metropolis-Hastings算法进行抽样，以抽样后的结果作为该次评定结果及下次评定的先验信息，实现信息的继承与更新。分别使用GUM法、传统贝叶斯不确定度评定方法和所提方法对冷库工况下温度测量数据进行评价。结果表明所提方法较传统贝叶斯方法改善了41.67%，且精准度更高、稳定性更好，有助于提高测量结果价值和实现动态不确定度评定。     

基于小孔径光阑整形的低损耗飞秒光纤光栅制备

针对飞秒激光逐点法制备的光纤布拉格光栅（FBG）损耗较大的问题,提出了一种基于小孔径光阑整形的低损耗飞秒光纤光栅制备方法。首先分析了孔径光阑限制下聚焦高斯光束焦场的能量分布,利用小孔径光阑整形获得了丝状焦场的孔径条件。利用小孔径光阑整形的飞秒激光刻写装置制备FBG,在光阑孔径由10 mm逐步降低至1 mm的过程中,光栅条纹形态由圆形过渡到丝状,丝状光栅条纹对入射光的散射更弱、耦合效率更高,使插入损耗由0.90 dB降低至0.11 dB,短波损耗由4.01 dB降低至0.35 dB。受包层模与纤芯模耦合的影响,短波损耗以振荡形式存在,实验验证了涂覆层和低反射率对振荡的抑制作用。     

线激光传感器的边缘偏差修正方法

为了修正线激光传感器在轮廓测量中的边缘偏差,提出了一种边缘偏差修正方法。该方法通过分析边缘偏差的主要误差来源,建立一种基于曼哈顿距离和切比雪夫距离的混合去噪模型,实现杂散噪声的滤除;采用最小二乘法对线激光轮廓测量误差模型进行补偿。为了验证该方法的有效性,以量块的标称尺寸作为评价指标进行测量校准实验。实验结果表明:该修正方法对杂散噪声的滤除效果显著;其中,未经补偿的尺寸测量误差为0.43 mm,经修正方法补偿后的尺寸测量误差最小达0.04 mm,比前者降低了一个数量级。因此,该方法可有效修正边缘偏差,提高线激光传感器的轮廓测量精度。