检索结果-内蒙古大学图书馆

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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基于双向吸收光谱精准标定的光频扫描干涉绝对测距

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物理学报 2024年第17期73卷 126-137页

作者：周强吴腾飞曾周末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

本文研究了光频扫描干涉绝对测距的长度基准精准标定方法.利用气体吸收光谱在线标定测距系统中作为长度基准的延时长光纤光程,并提出利用加权线性最小二乘方法解决不同吸收谱峰不确定度的差异.针对吸收光谱标定光纤光程重复精度低的问题... 详细信息

本文研究了光频扫描干涉绝对测距的长度基准精准标定方法.利用气体吸收光谱在线标定测距系统中作为长度基准的延时长光纤光程,并提出利用加权线性最小二乘方法解决不同吸收谱峰不确定度的差异.针对吸收光谱标定光纤光程重复精度低的问题,提出了利用双向吸收光谱特征融合的方法提升光纤光程标定精密度.针对吸收谱峰绝对光频准确性不足的问题,提出单一吸收光谱比例系数的标定方法,相较于逐一校准谱峰光频的思路更为简单直接,提升了光纤光程标定准确度.为验证上述方法的有效性,分别进行了重复精度评估实验、比例系数标定实验以及精度比对实验.实验结果表明,标定164 m光纤光程的标准差为10-30μm,在系统温度上升及温度稳定条件下,0-10 m及0-15 m的测量范围内,测距标准差不大于5μm,测距比对残差不大于±4μm,显示了该系统良好的测距性能.

关键词：光频扫描干涉气体吸收光谱绝对测距加权最小二乘

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基于高斯加权投票的多实例点云位姿估计方法

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光学学报 2025年第5期45卷 99-110页

作者：张瀛杜弘志胡蕴博孙岩标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

针对堆叠场景下物体相互遮挡、特征简单导致的位姿估计误差大,以及同一类多实例多目标点云位姿鲁棒性精确估计的问题,提出一种基于高斯加权投票的多实例点云位姿估计方法。首先,为获取准确的对应点,避免因物体本身有较多相似特征而产生... 详细信息

针对堆叠场景下物体相互遮挡、特征简单导致的位姿估计误差大,以及同一类多实例多目标点云位姿鲁棒性精确估计的问题,提出一种基于高斯加权投票的多实例点云位姿估计方法。首先,为获取准确的对应点,避免因物体本身有较多相似特征而产生大量倾向性投票的问题,提出一种基于高斯加权的投票方法,根据点对的法向量夹角作为加权标准对特征匹配进行加权投票,获得对应点集和粗估计位姿集合;然后,引入距离不变性矩阵,通过特征向量的相似性将对应点集快速聚类,选取每一类中匹配分数最高的位姿,实现候选实例的位姿粗估计;最后,利用基于中心点的细化聚类过滤重复的位姿,基于点云重叠度去除错误位姿,采用点到面的迭代最近点算法完成位姿优化,获得精确的多实例位姿。为此,进行了仿真实验和机械臂分拣实验。结果表明:在堆叠工件仿真数据集下,所提方法平均实例识别个数最高达10个,平均召回率和平均准确率的调和均值F1分数比对比方法的最高得分高16.56百分点,具有较强的鲁棒性;在实际场景中实现了堆叠工件的自动化分拣,平均抓取成功率达93%,相比于单一目标点云位姿估计方法提升33百分点,这说明该方法可以有效应用在堆叠场景下的机械臂自动分拣系统。

关键词：机器视觉位姿估计多目标识别点对特征高斯加权投票位姿聚类

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基于亚像素级自监督卷积神经网络的散斑图像快速匹配

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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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基于二维图像基准的动态线扫描点云校正方法

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光学学报 2024年第4期44卷 175-187页

作者：马璐瑶邾继贵杨凌辉刘皓月樊一源杨朔天津大学精密测试技术及仪器全国重点实验室天津300072

提出一种基于二维图像基准的动态线扫描点云校正方法,采用基于重投影图像全局变换和基于重投影图像光流分析的两步式校正手段,实现点云轮廓与二维图像基准在复杂扰动下精准、可靠的关联,优化每条点云轮廓的位姿,并结合图像和点云信息设... 详细信息

提出一种基于二维图像基准的动态线扫描点云校正方法,采用基于重投影图像全局变换和基于重投影图像光流分析的两步式校正手段,实现点云轮廓与二维图像基准在复杂扰动下精准、可靠的关联,优化每条点云轮廓的位姿,并结合图像和点云信息设计基于低噪声基准的校正补偿方法,实现6自由度全面校正。这为运动状态下基于点云的细节分析检测提供了有效的技术支持。

关键词：测量视觉测量点云线扫描校正扰动

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工作空间测量定位系统参数模型建立方法

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光学学报 2024年第16期44卷 171-180页

作者：郑书彦林嘉睿滕明鑫张饶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

针对工作空间测量定位系统扫描光面相较于理想平面存在变形的问题,利用高精度转台对扫描光信号进行细分采样,通过对比旋转激光扫描时间,建立了面型变形信息和仪器原始观测量之间的映射关系,从而准确评估了扫描光面型,并分析了该评估方... 详细信息

针对工作空间测量定位系统扫描光面相较于理想平面存在变形的问题,利用高精度转台对扫描光信号进行细分采样,通过对比旋转激光扫描时间,建立了面型变形信息和仪器原始观测量之间的映射关系,从而准确评估了扫描光面型,并分析了该评估方法的误差影响因素。根据面型评估结果,研究了基于差分进化算法确定最佳分割角度的分区平面模型建立方法,并设计实验对模型拟合效果及测量精度进行了评价。实验结果表明,采用本文方法评价扫描光面型更加准确,新参数模型的拟合效果及测量精度也有明显提升。

关键词：测量工作空间测量定位系统大尺寸测量参数模型差分进化算法

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新型旋转激光扫描系统轴系调整与误差标定

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光学精密工程 2024年第8期32卷 1111-1121页

作者：任永杰郭威吴腾飞滕明鑫林嘉睿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

旋转激光扫描系统是一种基于精密转台结合多路激光的空间多目标并行角度传感系统。为改善系统光源性能,设计了一种采用光纤从外部导入光源的新型轴系结构。但是当激光以一定角度穿过中空的转轴进入镜组后,若倾斜入射柱镜,将导致出射的... 详细信息

旋转激光扫描系统是一种基于精密转台结合多路激光的空间多目标并行角度传感系统。为改善系统光源性能,设计了一种采用光纤从外部导入光源的新型轴系结构。但是当激光以一定角度穿过中空的转轴进入镜组后,若倾斜入射柱镜,将导致出射的扫描光面型发生变化。针对此问题,研究了一种基于平行线的传递性的激光光轴姿态的调整方法,并借助激光跟踪仪测量平台,分别对光轴与转轴轴系进行拟合,建立了对光轴倾斜误差的标定方法。实验结果表明,调整后光轴与转轴轴线的空间夹角优于0.15°,完全满足扫描光截面中心直线度对激光入射柱镜的角度要求。该调整方案可用于系统的装配环节,使扫描光更加接近理想平面,有助于系统测量精度的提升。

关键词：大尺寸测量旋转激光扫描系统光轴调整轴线拟合误差分析

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线结构光三维形貌测量系统精度影响因素分析

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光学学报 2024年第21期44卷 124-136页

作者：李天宇刘昌文段发阶傅骁牛广越梁春疆天津大学精密测试技术及仪器全国重点实验室天津300072

线结构光三维测量技术在各行业中已广泛应用,对于不同的测量对象,其测量范围与测量精度也有所差异。围绕线结构光测量精度的影响因素展开研究,着重分析了光源、相机和扫描装置在系统性能中的作用。介绍了非沙姆结构的线结构光传感器数... 详细信息

线结构光三维测量技术在各行业中已广泛应用,对于不同的测量对象,其测量范围与测量精度也有所差异。围绕线结构光测量精度的影响因素展开研究,着重分析了光源、相机和扫描装置在系统性能中的作用。介绍了非沙姆结构的线结构光传感器数学模型以及线结构光扫描点云拼接数学模型,深入分析了关键组件特性对系统性能的影响以及它们之间的相互约束关系。针对常见的检测需求,明确了系统关键参数设计逻辑,这为系统设计优化提供了理论支持。最后,该研究搭建了一套微米级线结构光扫描测量系统及标定实验平台,并进行了三维重建实验,为线结构光技术在实际应用中的进一步发展提供了宝贵的实验数据和经验。

关键词：线结构光机器视觉三维形貌测量精度影响因素分析系统优化

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非正交轴系激光经纬仪反向运动学线性模型

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光学学报 2024年第2期44卷 204-212页

作者：孙泽峰康杰虎梁健张振冯橹源吴斌天津大学精密测试技术及仪器全国重点实验室天津300072

为满足大尺寸测量仪器性能与制造水平提升的需求,基于非正交轴系架构理念对激光经纬仪进行设计。针对非正交轴系经纬仪在无参考末端情况下计算反向运动旋转角度的难题,提出反向运动线性模型,以实现旋转角度的快速、高精度计算。首先,基... 详细信息

为满足大尺寸测量仪器性能与制造水平提升的需求,基于非正交轴系架构理念对激光经纬仪进行设计。针对非正交轴系经纬仪在无参考末端情况下计算反向运动旋转角度的难题,提出反向运动线性模型,以实现旋转角度的快速、高精度计算。首先,基于李群李代数基本理论构建非正交轴系经纬仪正向运动学模型。其次,构建空间目标点与视准轴位姿参数间的约束关系,并结合旋转角度误差传递模型,确立用于求解旋转角度误差修正值的线性方程组。最终通过旋转角度初始估计值与误差修正值线性相加,获取高精度的反向旋转角度值。仿真结果表明,该方法所计算的旋转角度误差趋近于0,真实实验的旋转角度误差均小于0.02 mrad,验证了所提反向运动学线性模型的可行性与实用性。

关键词：光学仪器非正交轴系反向运动线性模型误差传递

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一种压电氮化铝双端固支音叉型微谐振器

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天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2024年第12期57卷 1322-1330页

作者：李浩霖杨清瑞原毅刘伯华孙崇玲张孟伦天津大学精密测试技术及仪器全国重点实验室天津300072

针对小型化高性能谐振式压力传感器的应用需求,提出一种以压电驱动氮化铝(AlN)双端固支音叉型(DETF)微谐振器为敏感元件的新型压力传感器,并设计加工了其核心元器件.首先,通过理论分析,研究了尺寸参数对谐振器在面内弯曲振动模式下的频... 详细信息

针对小型化高性能谐振式压力传感器的应用需求,提出一种以压电驱动氮化铝(AlN)双端固支音叉型(DETF)微谐振器为敏感元件的新型压力传感器,并设计加工了其核心元器件.首先,通过理论分析,研究了尺寸参数对谐振器在面内弯曲振动模式下的频率-轴向位移灵敏度及品质因数Q值的影响;同时,讨论了层叠结构和电极驱动方案对谐振器性能的影响,从而确定了谐振器设计参数,进一步采用微机电系统(MEMS)工艺加工了该谐振器并对其性能进行了测试.测试结果表明:在真空度为0.1 Pa的环境下,谐振器的Q值为11039,串联谐振阻抗Rs为6.2 kΩ;在常压环境下,谐振器的Q值为844,R_(s)为44.3 kΩ.两种测试条件下谐振器的性能均优于现有文献报道的同类型谐振器研究结果,为进一步实现高灵敏度、高精度和宽动态响应范围的谐振式压力传感器奠定了良好的基础.最后,采用有限元仿真方法确定了谐振器的频率-轴向位移灵敏度,研究了压力传感器灵敏度与压力敏感隔膜厚度的关系,设计了压力传感器加工流程,从而有望制作出完整的压力传感器芯片.

关键词：微机电系统压电驱动双端固支音叉型谐振器谐振式压力传感器氮化铝薄膜

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