目的随着三维扫描仪以及三维点云采集技术的飞速发展,三维点云在计算机视觉、机器人导引和工业设计等方面的应用越来越广泛。但是由于传感器分辨率、扫描时间以及扫描条件等限制,采集到的点云通常比较稀疏,无法满足许多应用任务的要求,因此人们一般采用上采样的方法获取稠密点云。但是由于原始稀疏点云缺失细节信息,对单一低分辨率点云进行上采样得到的结果往往较差。方法首次提出一种触觉增强的图卷积点云超分网络,主要思想是通过动态图卷积提取触觉特征并与低分辨率点云特征进行融合,以得到更加精确的高分辨率点云。由于触觉点云相比于低分辨率点云更加密集、精确,而且比较容易获取,因而本文将其与原始稀疏点云进行融合辅助后可以获得更加准确的局部特征,从而有效提升上采样的精度。结果首先构建用于点云超分的三维视触觉数据集(3D vision and touch,3DVT),包含12732个样本,其中70%用于训练新模型,30%用于测试;其次,采用倒角距离作为评价指标对数据集进行测试和验证。实验结果表明,不添加触觉辅助信息时,超分后点云的平均倒角距离为3.009×10-3,加入一次触觉信息融合后,平均倒角距离降低为1.931×10-3,加入两次触觉信息融合后,平均倒角距离进一步降低为1.916×10-3,验证了本文网络对点云超分效果的提升作用。同时,不同物体的可视化效果图也表明,加入触觉信息辅助后的上采样点云分布更加均匀、边缘更加平滑。此外,进一步的噪声实验显示,在触觉信息的辅助下,本文提出的网络对噪声具有更好的鲁棒性。在以3DVT数据集为基础的对比实验中,相比于现有最新算法,本文算法的平均倒角距离降低了19.22%,取得了更好的实验结果。结论通过使用本文提出的触觉增强的图卷积点云超分网络,借助动态图卷积提取触觉点云特征并融合低分点云,可以有效提高超分重构后高分辨率点云的质量,并且对周围噪声具有良好的鲁棒性。
随着时代的进步和信息技术的发展,无线通信的用户数量也急剧增加。然而,无线频谱资源的短缺与用户数量的增加之间的矛盾,制约了通信技术的进步。为了解决这一问题,关键在于要对频谱资源的节流和开源。可见光通信感知一体是解决这一问题的关键所在,也是6G技术的重要组成部分之一。基于氮化镓量子阱二极管的发射光谱和光探测谱存在重叠区的物理现象,本文研发了同质集成光发射光接收器件的氮化镓光电子芯片。这种芯片能够吸收具有相同量子阱结构的光发射器件发出的短波长光子,从而产生光电流。对于核心器件的研究,本文从可见光芯片的理论知识开始介绍,然后对器件的制备进行详细描述,基于氮化镓材料,选用蓝宝石基底,采用金属-有机化学气相沉积工艺,将多量子阱绿光发光二极管制备在一块芯片上。然后对器件分别进行光学和电学表征、通信测试分析。研究发现,核心器件有着良好的发光性能和较强的出光效率。在通信测试中发现芯片接收器件在零偏压和在发光时均可以实现与发射器件的通信,包括伪随机二进制序列(Pesudo Random Binary Sequence,PRBS)信号和音频信号等。同时在发光谱和探测谱的测试中发现,发光谱和探测谱大约有30nm的重叠区域,通过将多个相同的量子阱二极管集成到同一个芯片上,可以将它们分别用作通信发送和探测感知器件,从而实现在单个芯片上集成通信和感知功能,节省频谱资源,同时还能减少收发设备的数量和体积。然后又根据此物理现象设计了逆向光通信实验并成功验证器件在发光的时候仍然可以接收到反射回来的外部光信号,在传输过程中,机械快门的调制信息加载到发射信号上,在接收后可以解调机械快门对发射信号的调制,证明其对外部信息的感知能力。可以将此芯片应用于音视频通信、脉搏测量装置和光电反射式传感器,都有无限的发展潜力和前景。同时在此芯片的良好的发光性能和探测特性之上,本文还结合Arduino核心开发板设计并实现了基于通信感知一体芯片的可见光定位系统,可以在自由空间内通过此芯片探测外部光源,并在OLED显示屏上实时显示外部光源的位置坐标。
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