检索结果-内蒙古大学图书馆

光学学报 2023年第9期43卷 38-46页

作者：卢恒沙洲封皓天津大学精密仪器与光电子工程学院精密测试技术及仪器国家重点实验室天津300072

层绞式光缆广泛应用于电信、传感、工业监测等领域。研究层绞光缆的三维形状重建算法,对于光缆维护、断点查找、建筑物沉降监测、形变感知等具有重要意义。提出了一种层绞光缆三维形状重建算法,利用分布式光纤应变传感技术,测量光缆内... 详细信息

层绞式光缆广泛应用于电信、传感、工业监测等领域。研究层绞光缆的三维形状重建算法,对于光缆维护、断点查找、建筑物沉降监测、形变感知等具有重要意义。提出了一种层绞光缆三维形状重建算法,利用分布式光纤应变传感技术,测量光缆内对称纤芯的空间应变分布,根据纤芯的应变分布、几何排布,计算光缆等间隔离散截面的宏观形变(弯曲、扭转)。进一步地,根据宏观形变,利用Frenet框架进行光缆空间坐标的解算,最终获得三维形状信息。为验证所提算法的有效性,使用软件SOLIDWORKS对整个形状重建过程进行了仿真分析。仿真结果表明,在应变测量间隔10 mm的测量条件下,该算法可以重建300 mm光缆的三维形状,光缆末端绝对误差不超过2.61 mm。

关键词：光纤光学层绞光缆曲线重建仿真分析

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基于双光谱二维相关谱的葡萄糖溶液温度扰动分析方法研究

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光谱学与光谱分析 2023年第4期43卷 1051-1055页

作者：刘蓉王苗苗孙泽宇陈文亮李晨曦徐可欣天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室天津300072 天津大学精密仪器与光电子工程学院天津300072

在近红外光谱分析应用中,温度扰动导致的光谱变化对于定量分析的准确度影响较大。针对温度扰动识别及定量分析的需要,研究了基于双光谱二维相关谱(2T2D-COS)的光谱扰动分析方法。选择葡萄糖水溶液为样本,根据人体血糖浓度范围和在体组... 详细信息

在近红外光谱分析应用中,温度扰动导致的光谱变化对于定量分析的准确度影响较大。针对温度扰动识别及定量分析的需要,研究了基于双光谱二维相关谱(2T2D-COS)的光谱扰动分析方法。选择葡萄糖水溶液为样本,根据人体血糖浓度范围和在体组织温度范围设计实验,测量样本在浓度扰动和温度扰动下的透射光谱。对其进行基线校正和滤波预处理后,通过2T2D-COS分析得到浓度扰动和温度扰动下的异步谱。结果表明,温度扰动引起的交叉峰出现在强氢键结合水对应的特征吸收波长(1474 nm)和弱氢键结合水对应的特征吸收波长(1410 nm)附近,而葡萄糖浓度扰动引起的交叉峰出现在水分子对应的特征吸收波长(1450 nm)和葡萄糖分子对应的特征吸收波长(1595 nm)附近。为了定量分析样品温度,进一步提取了温度扰动异步谱交叉峰1410 nm波长下的切片谱,其在1410~1600 nm波段的相关峰强度随温度的升高而增大,与样品温度之间具有较好的相关性;选择波长(1475±4)nm范围内的切片谱,对谱峰强度积分后进行线性拟合,建立样品温度的线性回归模型,对温度的预测均方根误差可以达到0.1259℃。以上结果表明,双光谱二维相关谱只需要对两条光谱进行运算,就可以通过异步谱中交叉峰的位置判别扰动来源,还可以根据交叉峰的强度对温度进行定量分析,且只需要较窄特征波段的光谱就可以建立高精度的温度预测模型,为简化在体光谱测量系统的设计,减少在体温度变化的影响提供了重要参考。

关键词：双光谱二维相关谱温度扰动近红外光谱葡萄糖

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参考点共面条件下的稳健相机位姿估计方法

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激光与光电子学进展 2024年第4期61卷 137-145页

作者：陈津平吴晓亮天津大学精密仪器与光电子工程学院精密测试技术及仪器国家重点实验室天津300072

单目视觉中的参考点共面问题是计算机视觉领域内一个基础而重要的问题。建立了针对共面参考点的PnP(Perspective-n-Point)问题模型,并提出了一种稳健的解决方法,具体包括直接法和迭代法两个部分。在直接法环节,针对位姿恢复过程中存在... 详细信息

单目视觉中的参考点共面问题是计算机视觉领域内一个基础而重要的问题。建立了针对共面参考点的PnP(Perspective-n-Point)问题模型,并提出了一种稳健的解决方法,具体包括直接法和迭代法两个部分。在直接法环节,针对位姿恢复过程中存在的尺度不统一问题,利用奇异值分解方法对旋转矩阵的恢复进行改进,获得相机位姿估计结果,并将此结果用作迭代法的初始值。在迭代法环节,介绍了以物方空间共线性误差为目标函数的正交迭代算法,为提升该算法的稳健性,研究了加权正交迭代算法,确立了重投影误差中外点的判定阈值并以此为依据引入了权重信息。实验结果表明,在参考点数量较少或少量异常值存在的条件下,所提方法具有良好的计算精度及稳健性,有较高实用价值。

关键词：单目视觉共面参考点位姿估计共线性误差

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弱特征表面形貌测量的低成本渐进式匹配方法

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红外与激光工程 2024年第7期53卷 169-178页

作者：房长帅刘赵阳王倩雯张效栋天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室天津300072 天津大学精密仪器与光电子工程学院天津300072 三代光学科技(天津)有限公司天津300072

弱特征连续表面的匹配问题是计算机视觉和图像处理中的一个挑战性问题,基于标准夹具的特征辅助可以准确地实现测量数据与模型的匹配,但该方法成本较高。针对该问题,提出了一种低成本的渐进式的匹配算法,首先基于带有边界罚函数的“点到... 详细信息

弱特征连续表面的匹配问题是计算机视觉和图像处理中的一个挑战性问题,基于标准夹具的特征辅助可以准确地实现测量数据与模型的匹配,但该方法成本较高。针对该问题,提出了一种低成本的渐进式的匹配算法,首先基于带有边界罚函数的“点到面”ICP算法实现粗配准,接着通过对测量数据进行两步微调即可对标工业常用评价结果。以汽车玻璃的面形误差评价为例,仿真和实验结果表明,基于所提方法匹配后的面形误差接近传感器本身的误差级别。对于40 cm×40 cm的汽车玻璃,基于所提方法匹配线结构光测量的玻璃数据与三坐标数据,两者偏差在-0.06/0.08 mm,基本满足工业需求。

关键词：仪器科学与技术弱特征表面配准渐进式匹配算法汽车玻璃 ICP算法

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高空间分辨率高可见度的太赫兹光谱成像研究

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光谱学与光谱分析 2023年第2期43卷 356-362页

作者：褚致弘张逸竹曲秋红赵晋武何明霞天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室天津300072 天津大学精密仪器与光电子工程学院天津300072 莱仪特太赫兹(天津)科技有限公司天津300019

太赫兹光谱成像,不但包括在二维图像空间的强度信息,同时可以得到太赫兹波段的光谱信息,构成了一个三维的数据矩阵。由于受到太赫兹成像系统内部硬件的限制和影响,太赫兹频域较高频段处信号存在能量弱、信噪比低的特点,导致所成的太赫... 详细信息

太赫兹光谱成像,不但包括在二维图像空间的强度信息,同时可以得到太赫兹波段的光谱信息,构成了一个三维的数据矩阵。由于受到太赫兹成像系统内部硬件的限制和影响,太赫兹频域较高频段处信号存在能量弱、信噪比低的特点,导致所成的太赫兹图像普遍存在分辨率低、对比度低等问题。因此,利用三维数据矩阵,应用适合的算法,实现了提高太赫兹光谱成像空间分辨率、边缘细节可见度的目的。搭建了三维可移动式太赫兹时域光谱成像系统,实现了对标准高分辨率板的二维扫描。对该系统所采集到的信号分别进行时域、频域等多种方式成像对比,结合瑞利判据和分辨率标尺对成像系统的空间分辨率、景深进行标定,研究了提高太赫兹光谱成像的空间分辨率算法。然后,针对太赫兹频域高频区域信噪比低、对比度低、噪声原因复杂的特点,结合深度残差学习的图像去噪理论,提出了太赫兹图像深度去噪网络,在训练集中引入成像系统中真实的“太赫兹残差噪声”。最后,利用所训练出的模型对太赫兹频域高频区域图像进行盲去噪,并用重建图像分别与原始成像结果和传统太赫兹去噪算法结果进行比较,分别从主观和客观两个方面评价了不同算法对太赫兹频域高频图像的去噪效果。实验结果表明,通过该算法实现了极限空间分辨率约为157μm,去噪后图像极限空间分辨率处的瑞利判据鞍-峰比约为0.623,图像整体对比度为46.635;空间分辨率相比传统成像方法提高了约一倍,对比度提高约26%。研究结果为高空间分辨率高可见度的太赫兹光谱成像方式提供了一种新的规范,并针对太赫兹频域较高频区域的图像噪声问题提供了一种新的解决方案。

关键词：太赫兹光谱成像空间分辨率图像去噪深度卷积神经网络

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小波梯度域重建融合法应用于龋齿太赫兹成像

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红外技术 2023年第8期45卷 890-896页

作者：柳启航何明霞赵晋武李岩天津大学测试计量技术及仪器国家重点实验室天津300072 天津大学精密仪器与光电子工程学院天津300072

龋病是发病率最高的口腔疾病,也是全世界最流行的疾病之一。太赫兹光谱成像技术因具有宽频带光谱分析能力强、空间分辨率高、电离辐射低等优势,有望成为龋病诊断的新技术手段。本文以含牙本质龋的牙齿切片为研究对象,进行反射式太赫兹... 详细信息

龋病是发病率最高的口腔疾病,也是全世界最流行的疾病之一。太赫兹光谱成像技术因具有宽频带光谱分析能力强、空间分辨率高、电离辐射低等优势,有望成为龋病诊断的新技术手段。本文以含牙本质龋的牙齿切片为研究对象,进行反射式太赫兹光谱扫描,以频域幅值为参数对样品的光谱数据做二维重构成像,获得多幅不同频率下的龋齿太赫兹光谱图像。为了解决单一参数所得的龋齿太赫兹图像动态范围小、对比度低,边缘和细节位置模糊不清的问题,采用小波梯度域重建的融合方法,将多幅图像中梯度幅值较大的部分集中于一幅图像上,得到了一幅细节特征更加清晰完整的新图像。实验结果表明,融合后的图像相较于融合前的图像在信息熵、平均梯度以及对比度上均有所提高,不同组织之间的区分效果更加显著。

关键词：龋齿检测太赫兹光谱成像小波梯度域重建图像融合

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基于经验模态分解的马赫-曾德尔干涉仪事件识别方案优化

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光学学报 2023年第19期43卷 85-95页

作者：王鸣封皓沙洲赵利天津大学精密仪器与光电子工程学院精密测试技术及仪器国家重点实验室天津300072 山东龙泉管道工程股份有限公司山东淄博255200

事件识别是分布式光纤传感的重要应用,现有的模式识别手段存在泛化性差和对弱振动识别的准确率低两个主要难题。以马赫-曾德尔干涉仪为应用对象,从样本来源的角度改善传统的分类器,以时域信号经经验模态分解所得的本征模态函数构建训练... 详细信息

事件识别是分布式光纤传感的重要应用,现有的模式识别手段存在泛化性差和对弱振动识别的准确率低两个主要难题。以马赫-曾德尔干涉仪为应用对象,从样本来源的角度改善传统的分类器,以时域信号经经验模态分解所得的本征模态函数构建训练样本,使用卷积算子提取信号的波形特征、频域特征、时频域特征,构建深度学习网络,并在相同的神经网络框架下以原始信号为输入设计了4个对照组。所提识别方案在测试集和验证集上对6种目标信号的准确率分别为97.02%和94.88%,泛化性和分类精度均处于最优状态。分类器的平均样本响应时间低于0.07 s,具备良好的可行性与发展前景。

关键词：深度学习经验模态分解马赫-曾德尔干涉仪本征模态函数事件识别

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太赫兹光谱技术应用于聚烯烃薄膜孔隙率检测

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激光与光电子学进展 2023年第9期60卷 446-452页

作者：栗擎何明霞天津大学精密仪器与光电子工程学院精密测试技术及仪器国家重点实验室天津300072 天津大学太赫兹研究中心天津300072

聚烯烃薄膜材料的孔隙率会影响材料的力学性能、绝缘性和贯通性,但少有对聚烯烃孔隙率无损检测的精确方法。本文以有效介电常数为桥梁,建立了四种材料等效折射率与孔隙率之间的等效模型;通过实际测试电池隔膜及微孔滤膜的太赫兹时域光谱... 详细信息

聚烯烃薄膜材料的孔隙率会影响材料的力学性能、绝缘性和贯通性,但少有对聚烯烃孔隙率无损检测的精确方法。本文以有效介电常数为桥梁,建立了四种材料等效折射率与孔隙率之间的等效模型;通过实际测试电池隔膜及微孔滤膜的太赫兹时域光谱,定量得到材料的折射率、介电常数、孔隙率等数据。结果表明:对于聚烯烃材料与空气的两相介质,其孔隙率与介电常数存在高相关性;采用改进的有效介质模型测得的孔隙率与常规的气体置换法测得的孔隙率的平均相对误差在2.53%左右;利用太赫兹光谱测量聚烯烃薄膜的孔隙率具备一定的可行性,有望成为薄膜检测的补充手段。

关键词：光谱学太赫兹时域光谱薄膜孔隙率有效介质理论聚烯烃材料

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金属有机框架在气体预富集、预分离及检测中的应用

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化学学报 2022年第8期80卷 1183-1202页

作者：闫续屈贺幂常烨段学欣天津大学精密仪器与光电子工程学院天津300072 天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室天津300072

气体分离和检测技术与人们日常的生产生活密切相关,随着各种检测设备的出现,该领域在近几十年来得以快速发展.敏感材料在气体的分离和检测过程中发挥着至关重要的作用.相比于传统气敏材料,金属有机框架作为一类新型多孔材料,具有超大的... 详细信息

气体分离和检测技术与人们日常的生产生活密切相关,随着各种检测设备的出现,该领域在近几十年来得以快速发展.敏感材料在气体的分离和检测过程中发挥着至关重要的作用.相比于传统气敏材料,金属有机框架作为一类新型多孔材料,具有超大的比表面积和极高的孔隙率,并且孔道结构规整、孔径大小可调控.这些独有的优势使它们特别适合作为候选材料应用于气体的预富集、分离和检测中,从而实现低浓度目标气体的收集浓缩、复杂气体混合物的高效分离,以及痕量被测气体的可靠检测,最终实现检测能力和分离效率的大幅度提升.因此,金属有机框架被认为有望超越传统的气体吸附材料,而它们在气体分离与检测中的应用值得引起学术界和工业界的重点关注.

关键词：气体检测金属有机框架气体预富集器气相色谱柱气体传感器

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金属镜面上纳米光学天线阵列自发辐射增强与定向辐射

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物理学报 2023年第7期72卷 376-389页

作者：苏宇航张炼陶灿王宁马平准钟莹刘海涛南开大学电子信息与光学工程学院现代光学研究所天津300350 南开大学天津市微尺度光学信息技术科学重点实验室天津300350 天津大学精密仪器与光电子工程学院精密测试技术及仪器国家重点实验室天津300072

本文提出一种金属镜面上纳米光学天线阵列结构,天线采用金纳米立方体,单个点辐射源位于天线和金镜面之间的纳米间隙内.天线和金镜面之间的纳米间隙支持间隙表面等离激元,能够增强自发辐射速率;同时,周期排布的纳米天线支持表面晶格共振(... 详细信息

本文提出一种金属镜面上纳米光学天线阵列结构,天线采用金纳米立方体,单个点辐射源位于天线和金镜面之间的纳米间隙内.天线和金镜面之间的纳米间隙支持间隙表面等离激元,能够增强自发辐射速率;同时,周期排布的纳米天线支持表面晶格共振(surface lattice resonance,SLR),通过适当设计阵列周期,可实现沿垂直于基底方向的远场定向辐射.本文结合阵列扫描法(array scanning method,ASM)和全波严格数值方法,计算了辐射源的自发辐射速率.对于远场辐射强度角分布的计算,本文给出了互易定理方法的严格表述和证明过程,该证明过程不同于已有文献中的证明过程,对于无限大周期结构具有更严格的适用性,或者具有更低的计算量.本文提出的天线结构和设计方法可用于指导设计高速、高亮度、定向辐射光源.

关键词：金属镜面上纳米光学天线阵列自发辐射增强远场定向辐射互易定理

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