检索结果-内蒙古大学图书馆

中国激光 2025年第2期52卷 134-147页

作者：李林王鹏李岳王昊天付鲁华孙长库天津大学精密测试技术及仪器全国重点实验室天津300372

散斑结构光因只要投射一幅图像即可获取目标的三维信息而成为近年来的研究热点。针对传统算法存在散斑特征点提取数量少、误配率高、实时性差等问题,以及基于深度学习的方法存在需要昂贵的标签数据的障碍,本文提出了一种鲁棒的自监督卷... 详细信息

散斑结构光因只要投射一幅图像即可获取目标的三维信息而成为近年来的研究热点。针对传统算法存在散斑特征点提取数量少、误配率高、实时性差等问题,以及基于深度学习的方法存在需要昂贵的标签数据的障碍,本文提出了一种鲁棒的自监督卷积神经网络,用于实现散斑图像的快速准确匹配。首先,为了有效利用散斑投影信息,提出了一种基于动态深度可分离卷积模块的特征提取主干;其次,在特征检测分支上设计了一个坐标细化模块,该模块可将散斑特征点的坐标细化至亚像素级精度,同时在特征匹配分支上设计了一个细粒度匹配模块,以进一步提升匹配精度;最后,采用迁移学习和自监督训练的策略来克服网络对人工标注数据集的依赖,提高模型的泛化能力和特征表示能力,同时采用数据增强技术来提高模型的鲁棒性。实验结果表明:对于飞行员头盔,所提方法的散斑平均匹配准确度为92.84%,误匹配率仅为0.83%,在RTX 3060上匹配一对图像仅需46 ms;面向不同材质、大小、形貌的物体,所提方法均能够较为清晰地恢复其三维形貌特征,展现出了较好的鲁棒性。

关键词：深度学习散斑投影自监督训练图像匹配迁移学习

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环形接收的穿戴式光学传感器提升人-传感器接触状态的稳定性

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光谱学与光谱分析 2025年第4期45卷 914-921页

作者：葛晴刘瑾韩同帅刘文博卢月天津大学精密测试技术及仪器全国重点实验室天津300072

在无创可穿戴式光谱传感器领域,确保人体与传感器接触状态的稳定性对于提升传感器性能至关重要。人体的动作会改变肌肉和皮肤的扭曲程度,改变接口处传感器与皮肤的接触状态,使得光的入射角度发生偏移。入射角的变化影响光在皮肤中的传... 详细信息

在无创可穿戴式光谱传感器领域,确保人体与传感器接触状态的稳定性对于提升传感器性能至关重要。人体的动作会改变肌肉和皮肤的扭曲程度,改变接口处传感器与皮肤的接触状态,使得光的入射角度发生偏移。入射角的变化影响光在皮肤中的传播路径,进而影响到传感器接收的皮肤表面漫反射光的强度。为了解决这一问题,开发了一种专用于人体成分无创检测的可穿戴式近红外光学传感器。该传感器的感光部分采用环形结构设计,这不仅增大了接收光的面积,还能够360°角度平均经皮肤表面漫反射的光,有效地减少了由光源入射角度变化引起的各向异性干扰。利用蒙特卡罗模拟,分析了光入射角度在1.2°、2.5°、5°、15°、45°范围内随机变化,以及0°至5°单方向变化时,单点与环形传感器的性能差异。模拟结果显示,环形传感器的信噪比显著高于单点检测器,大约提高了十倍,相应地,其检测的最低血糖浓度限也更低,是单点检测器的十分之一。环形探测器不仅降低了由于入射角随机变化引起的各向异性干扰,而且在两个不同的探测器处接收到的干扰表现出更强的共模特性。因此,采用一对同心圆环形探测器并对其信号进行差分抵消,可以进一步抑制入射角变化带来的干扰。在人体实验中,受试者在空腹状态分别使用环形检测器和单点检测器采集动作变化下的漫反射光信号。实验结果表明,环形传感器结合差分方法可以有效地抑制由人体动作引起的人-传感器接触状态变化的干扰,信号变化幅度在0.0005~0.001 a.u.,满足0.5~1 mmol·L^(-1)精度的无创血糖检测要求。综上所述,本文提出的双环形接收的穿戴式光学传感器在人体检测中表现出优异的高信噪比性能,显示出其在无创人体成分检测领域的广泛应用潜力。

关键词：可穿戴式光学传感器无创测量蒙特卡洛模拟差分测量

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基于改进YOLOv5的车辆焊缝气孔缺陷检测方法

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激光与光电子学进展 2025年第4期62卷 129-135页

作者：周晓龙刘常杰天津大学精密测试技术及仪器全国重点实验室

针对目前车辆生产过程中焊缝气孔检测困难、检测效率低、检测准确率低等问题，基于YOLOv5s提出一种改进模型。在主干网络部分加入空间注意力和通道注意力机制，提升模型对焊缝气孔的特征提取能力。在颈部网络引入加权双向特征金字塔模... 详细信息

针对目前车辆生产过程中焊缝气孔检测困难、检测效率低、检测准确率低等问题，基于YOLOv5s提出一种改进模型。在主干网络部分加入空间注意力和通道注意力机制，提升模型对焊缝气孔的特征提取能力。在颈部网络引入加权双向特征金字塔模块，增强模型对小目标的特征融合能力。修改模型损失函数，使模型对小目标检测的泛化能力更强，针对性地提高小目标缺陷定位准确性。将改进后的模型在车辆生产焊缝数据集上进行验证，结果显示，所提模型的平均精度均值达到62.9%，检测帧率达到89.72 frame/s。对比目前主流目标检测算法，所提模型的综合表现最好。

关键词： YOLOv5 汽车制造表面缺陷检测焊缝气孔检测特征融合

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AuNRs-PDMS微柱结构的制备及对被调控活细胞的无标记SERS检测

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高等学校化学学报 2025年第3期46卷 25-33页

作者：吴晓宇朱峰况源桁刘伯华孙崇玲王艳艳精密测试技术及仪器全国重点实验室天津大学精密仪器与光电子工程学院天津300072

设计制备了金纳米棒-聚二甲基硅氧烷(AuNRs-PDMS)微柱结构,利用微柱结构的地形特征作为机械线索进行细胞调控,同时在微柱结构上组装AuNRs作为表面增强拉曼散射(SERS)基底,用于被调控细胞的无标记SERS检测.首先对比分析了利用溶剂蒸发法... 详细信息

设计制备了金纳米棒-聚二甲基硅氧烷(AuNRs-PDMS)微柱结构,利用微柱结构的地形特征作为机械线索进行细胞调控,同时在微柱结构上组装AuNRs作为表面增强拉曼散射(SERS)基底,用于被调控细胞的无标记SERS检测.首先对比分析了利用溶剂蒸发法、吸附转移法和压印转移法3种AuNRs组装及修饰方法获得的AuNRs-PDMS微柱结构的SERS增强性能和结构均一性.通过比较不同测试点处4-巯基苯甲酸(4-MBA)的拉曼光谱信号变化发现,由压印转移法获得的AuNRs-PDMS微柱结构具有较高的SERS增强性能,同时也可保证基底的良好均一性,相对标准偏差(RSD)为7.3%,表明该结构可以作为细胞无标记SERS检测的基底.以间充质干细胞(MSCs)作为调控与检测对象,将其分别培养于由压印转移法获得的AuNRs-PDMS微柱结构以及AuNRs-PDMS平面结构上,发现受到微柱调控作用的细胞呈现出沿地形特征生长的特点,并且细胞形貌发生了改变.同时,对细胞的无标记SERS检测结果表明,被调控细胞的脂质含量增多,蛋白质含量和分子键的拉伸振动模式也发生了改变,这暗示了被调控细胞的接触导向和形貌变化与其脂质和蛋白质含量变化相关,进一步揭示了细胞-基底的相互作用关系.

关键词：金纳米棒表面增强拉曼光谱细胞检测细胞调控

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线激光五轴运动系统的轴系标定方法研究

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激光与光电子学进展 2025年第3期62卷 145-157页

作者：肖仕彬李琛李泽骁张效栋精密测试技术及仪器全国重点实验室天津大学微纳制造实验室

提出了一种低成本、高效率的运动轴系标定方法，以线激光与五轴配合的测量系统为例，通过扫描标准球的表面并进行最优化搜索，实现对位移轴和转轴位姿的分步标定。与现有的运动轴系标定方法相比，该方法仅需要测量系统本身和标准球的参... 详细信息

提出了一种低成本、高效率的运动轴系标定方法，以线激光与五轴配合的测量系统为例，通过扫描标准球的表面并进行最优化搜索，实现对位移轴和转轴位姿的分步标定。与现有的运动轴系标定方法相比，该方法仅需要测量系统本身和标准球的参与，步骤简单、标定成本较低、效率较高。对提出的方法进行了仿真，并且实际搭建了线激光五轴系统以进行标定和测量实验。实验结果表明，系统经过标定后，测量标准球的表面PV(Peak-to-valley)值为10.98μm，重复测量标准球的表面PV的标准差为0.199μm，同时具有对多种尺寸、结构复杂器件的一体化三维测量能力，证明了所提方法的实际性能和应用价值。

关键词：仪器测量与计量线激光五轴系统轴系标定

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新型旋转激光扫描系统发射站结构设计与测量模型构建

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仪器仪表学报 2025年

作者：滕明鑫林嘉睿吴腾飞任永杰邾继贵天津大学精密测试技术及仪器全国重点实验室

旋转激光扫描系统基于角度交会原理实现空间三维坐标测量，以其可多目标并行测量、量程可扩展的特点，在航空航天、高端船舶等大型装备制造领域得到了广泛的应用。由于现有仪器激光器安装空间受限制约了系统光源选择与优化，本文通过分... 详细信息

旋转激光扫描系统基于角度交会原理实现空间三维坐标测量，以其可多目标并行测量、量程可扩展的特点，在航空航天、高端船舶等大型装备制造领域得到了广泛的应用。由于现有仪器激光器安装空间受限制约了系统光源选择与优化，本文通过分析光路设计需求，设计了新型发射站主体光路结构，通过光纤传导将激光光路延长至发射站外部，利用镜组实现分光和生成扫描光面，配合转台以构建精密空间光场，避免了安装空间对激光器性能的限制，使得后续对光源进行优化设计时不再受到约束，在光信号层面有效减少系统性能受到的影响。由于新设计导光型发射站的结构特殊，结构误差会造成发射站运行过程中扫描激光面型瞬时变化，传统基于旋转光平面特征的参数模型不再适用，因此本文结合光路几何结构，通过对光轴偏心误差、光轴倾斜误差等误差进行分析，取消了传统模型将光平面初始空间方程作为内参的定义，重新定义了发射站内部参数，构建了适用于导光型发射站的多站组网定位模型和内外参标定模型。最后搭建了实验平台进行仿真和实验，结果表明：本文研究的测量模型有效且坐标测量精度优于0.7mm，能够满足大型装备制造需求，为新型旋转激光扫描系统的性能提升和后续优化打下了坚实基础。

关键词：旋转激光扫描系统结构设计测量模型测角误差

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基于长度角度并行传感的多目标位姿测量

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光学精密工程 2025年第5期33卷 728-740页

作者：杨朔韩野杨凌辉吴腾飞史慎东董文博邾继贵天津大学精密测试技术及仪器全国重点实验室天津300072 沈阳飞机工业(集团)有限公司辽宁沈阳110801

大尺寸空间精密位姿测量技术是航空、航天、船舶、射电望远镜等高端装备实现自动化、高精度装配制造的关键支撑技术。针对传统方法无法同时兼顾测量效率与测量精度的问题,提出了一种长度角度并行传感的多目标位姿测量方法。通过光电扫... 详细信息

大尺寸空间精密位姿测量技术是航空、航天、船舶、射电望远镜等高端装备实现自动化、高精度装配制造的关键支撑技术。针对传统方法无法同时兼顾测量效率与测量精度的问题,提出了一种长度角度并行传感的多目标位姿测量方法。通过光电扫描测角实现空间多目标的自主识别并提供高精度角度约束,同时利用高动态光束偏转机构引导绝对测距光束,主动实施逐点扫描测距,从而实现长度、角度并行测量。然后,设计了一种集成化位姿测量合作靶标,构建了长度角度加权融合的精确位姿测量模型。最后,提出了系统参数的高精度快速标定方法,详细分析了位姿测量方法的测量不确定度,并研究了合作靶标相对测量基站的位置、姿态与位姿测量精度之间的关系。通过实验验证了该方法的可行性和测量精度,实验结果表明:与激光跟踪仪进行精度对比,该方法的位置、姿态测量准确度分别优于0.131 mm和0.041°,测量重复性分别优于0.034 mm和0.018°,多目标测量过程中平均每个目标耗时0.9 s。该方法同时具有较高的多目标位姿测量效率与测量精度。

关键词：位姿测量大尺寸测量光电扫描绝对测距多目标

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激光跟踪测量系统伺服跟踪控制方法

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中国测试 2025年第1期51卷 97-104,118页

作者：段志君吴腾飞陈宗亮林嘉睿天津大学精密测试技术及仪器全国重点实验室天津300072

针对激光跟踪测量系统跟踪目标的运动轨迹不确定、加速度与速度不断变化的特点,为提升其稳态及动态性能,对伺服跟踪控制方法进行研究,提出一种基于模糊自适应的激光跟踪双闭环控制方法。电机定位控制环路采用模糊自适应微分先行PID,位... 详细信息

针对激光跟踪测量系统跟踪目标的运动轨迹不确定、加速度与速度不断变化的特点,为提升其稳态及动态性能,对伺服跟踪控制方法进行研究,提出一种基于模糊自适应的激光跟踪双闭环控制方法。电机定位控制环路采用模糊自适应微分先行PID,位置跟踪控制环路采用模糊自适应整定PI,设计不同模糊规则,实现控制参数实时整定,使其始终保持在最优区间。实验结果表明,该方法能够根据跟踪目标运动的不确定性产生的误差来实时调整控制参数,有效提升激光跟踪的稳态和动态性能,使跟踪系统的稳态误差降低至1.90′以内,跟随误差则降低至0.56′以内。

关键词：伺服跟踪控制模糊自适应稳态误差跟随误差

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强环境噪声下的双目视觉受电弓轨旁异常检测

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光学精密工程 2025年第3期33卷 438-451页

作者：赵进郭寅尹仕斌郭磊邾继贵天津大学精密测试技术及仪器全国重点实验室天津300072 易思维(杭州)科技股份有限公司浙江杭州310052

为了应对列车受电弓轨旁异常检测场景下,强环境噪声对双目视觉系统结构参数造成较大的扰动,导致视差图计算结果不准确进而影响异常检测精度的问题,对原有立体匹配方法进行改进后并结合异常特征检测方法,提出一种应用于该场景下的受电弓... 详细信息

为了应对列车受电弓轨旁异常检测场景下,强环境噪声对双目视觉系统结构参数造成较大的扰动,导致视差图计算结果不准确进而影响异常检测精度的问题,对原有立体匹配方法进行改进后并结合异常特征检测方法,提出一种应用于该场景下的受电弓轨旁异常检测方法。采用扩展邻域的代价计算和加权代价聚合方法,有效解决在强环境噪声时由于环境振动或自身结构蠕变导致双目极线不准确的情况;采用局部二值模式方法计算代价分布函数,使算法更适用于已知工件的固定场景检测;结合实际应用场景,限定视差计算搜索空间,优化计算效率,提升轨旁检测的实时性;最后对三维重建后的点云信息进行异常特征检测,在受电弓轨旁异常检测系统中验证了算法的有效性。实验结果表明,本文提出的算法较传统算法测量精度提升60%以上,时间效率提升30%以上,有效解决了该场景下轨道交通现场检测设备效率低和精度不足的问题。

关键词：受电弓检测立体匹配异常检测视差优化三维重建

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基于双光梳的精密离心机动态半径外基准测量

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光学精密工程 2025年第3期33卷 349-358页

作者：周思宇马宇轩贺栋张春京汤莉刘欣王姗姗吴冠豪清华大学精密仪器系精密测试技术及仪器全国重点实验室北京100084 光维(广东)科技有限公司广东佛山528200 超精密航天控制仪器技术实验室北京100039 北京航天控制仪器研究所北京100039 北京理工大学光电学院北京100081 近地面探测全国重点实验室北京100072

为实现对精密离心机动态半径的精准测量,基于双光梳测距技术的高测速、高精度、绝对测距优势,结合柱面镜与会聚光路组成的空间光学布局,建立了离心机动态半径外基准测量系统。介绍了基于双光梳测距的外基准测量装置构成及其工作原理,分... 详细信息

为实现对精密离心机动态半径的精准测量,基于双光梳测距技术的高测速、高精度、绝对测距优势,结合柱面镜与会聚光路组成的空间光学布局,建立了离心机动态半径外基准测量系统。介绍了基于双光梳测距的外基准测量装置构成及其工作原理,分析了柱面镜靶标曲率半径误差与装调误差对动态半径测量精度的影响,并提出互补偿误差修正方法。然后,搭建实验系统对精密离心机在不同加速度下的动态半径进行了实时测量,评估了静态测量精度和动态测量精度。最后,分析了测量误差的来源并提出了系统优化方案。实验结果表明:系统可有效测量出加速度在0g~15g内的动态半径变化量。在2 kHz的重频差下进行20次滑动平均,动态测量精度优于0.56μm,动态半径最大值为204.90μm,满足精密离心机动态半径的高速、高精度测量要求,可用于提升离心机加速度标定精度。

关键词：绝对测距精密离心机动态半径外基准双光梳

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