• 2017年第38卷第9期文章目次
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    • >信息处理技术
    • 数字信号处理技术在科氏质量流量计中的应用

      2017, 38(9):2087-2102.

      摘要 (2750) HTML (0) PDF 4.60 M (4074) 评论 (0) 收藏

      摘要:科氏质量流量计是目前应用范围最广、发展速度最快的流量计之一。数字信号处理技术是科氏质量流量计的核心技术,直接决定其测量精度、测量稳定性等性能指标;而流量传感器输出信号的数学模型是信号处理的依据和基础。国内外学者提出了多种信号处理方法,但是,没有根据不同的信号模型和不同的应用场合对各种信号处理方法进行比较和评价。为此,根据不同数字信号处理方法的特征量提取原理,分析了其具有的优缺点。针对科氏质量流量计单相流、批料流与气液两相流测量这3种典型应用场合中存在的关键技术问题,依据随机游动信号模型、突变信号模型和自回归滑动平均(ARMA)信号模型,分别从计算精度、响应速度、收敛性、抗干扰能力和对参数变化的敏感度等方面,对不同信号处理方法进行考核和对比,确定了3种典型应用场合下,解决关键技术问题,性能最佳的数字信号处理方法。

    • 铁路场景三维点云分割与分类识别算法

      2017, 38(9):2103-2111.

      摘要 (2341) HTML (0) PDF 5.57 M (6843) 评论 (0) 收藏

      摘要:铁路限界侵入检测对保障高速铁路安全具有重要意义,基于激光三维点云分割与分类识别的异物侵入检测具有准确、直观的优点,在诸如隧道口和站台的铁路重点区域监测中具有广泛应用前景。设计了一种带动二维激光雷达进行俯仰运动的装置用于铁路三维点云的采集,基于法线方向一致性原则提出采用区域生长分割算法解决欧氏聚类分割和随机采样一致性(RANSAC)分割造成的过分割和欠分割问题;针对分割后的单物体点云,提出利用视点特征直方图(VFH)进行不同目标的三维点云特征提取,基于不同物体VFH建立KD树,并利用最近点搜索方法完成单物体点云分类识别。铁路场景典型物体的分类实验结果表明,本算法对铁路场景典型物体的分类识别准确率大于90%。

    • 基于改进支持向量回归的室内定位算法

      2017, 38(9):2112-2119.

      摘要 (2977) HTML (0) PDF 2.26 M (3951) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对室内无线局域网环境中无线信号不稳定,以及传统支持向量回归定位算法在构建位置坐标与信号强度时的单输出导致位置坐标信息之间的关联性降低的问题,提出一种基于改进支持向量回归的室内定位方法。该算法首先对采集到的接收信号强度(RSS)指纹进行对数处理使其更符合正态分布,然后采用高斯滤波过滤掉小概率的指纹值之后构建指纹数据库;其次,为了降低单独构建x与y坐标模型的误差,提高二维位置信息与RSS之间的关联性,在训练阶段增加训练一个校正坐标z=x·y;最后,根据加权反K近邻的方法得到最优的位置坐标。实验结果表明,提出的算法可以减少室内复杂环境带来的噪声干扰,与传统的支持向量回归定位算法相比有更高的定位精度。

    • 基于随机方法的AFM探针位置最优估算研究

      2017, 38(9):2120-2129.

      摘要 (2608) HTML (0) PDF 4.75 M (3440) 评论 (0) 收藏

      摘要:由于受到驱动器PZT (PbZrTiO3) 非线性、系统温漂与其他不确定因素的影响,原子力显微镜(AFM) 探针在任务空间的位置存在不确定性。这严重影响了AFM探针观测与操作的效率,如何减小探针位置的不确定性, 实现AFM探针的精确定位成为亟待解决的问题。针对此问题, 提出用概率分布的方式描述探针位置的不确定性,通过建立探针运动模型, 结合基于局部扫描的观测模型, 采用Kalman滤波对探针位置进行最优估算。针对算法的实现, 设计了模型参数标定方案。通过仿真和实验的结果验证了算法的有效性与可行性,实现了探针在任务空间中的精确定位,提高了纳米操作效率。

    • 基于密度-距离的t混合模型流式数据聚类

      2017, 38(9):2130-2137.

      摘要 (2088) HTML (0) PDF 4.53 M (3411) 评论 (0) 收藏

      摘要:传统流式数据采用人工设门法分析,效率低下且依赖于专家。近几年,很多自动流式数据聚类算法纷纷被提出,然而针对数据量不多且分布稀疏的小样本类群始终没有很好的解决办法。提出了一种基于密度距离的t混合模型流式数据聚类优化方法,能够较好地解决小样本类群区分困难的问题。该方法通过密度距离中心算法定位各类群的初始中心,作为t混合算法的初值对样本数据进行处理,通过最大似然估计求出各类群对应的样本数目,从而实现样本聚类。实验表明,与经典模型算法相比,基于密度距离的t混合模型优化算法具有更好的稳定性和可靠性,对小样本类群以及混叠的类群具有较强的适应能力。

    • 基于二维阻抗特征的管道环焊缝缺陷涡流检测

      2017, 38(9):2138-2145.

      摘要 (1941) HTML (0) PDF 1.90 M (3623) 评论 (0) 收藏

      摘要:油气长输管道环焊缝处缺陷对管道安全的危害性巨大,管道缺陷造成的事故大部分发生在管道焊接处。目前,对管道进行无损检测(NTD)是预测事故隐患、保证管道安全运行的常用手段,但传统无损检测方法无法有效识别位于环焊缝处等表面形貌复杂位置的缺陷。为了克服传统检测方法的缺点,提出一种基于图像处理和神经网络的嵌入式涡流检测系统。从涡流信号合成的二维阻抗图入手,对其进行霍夫变换和轮廓提取得到特征分量,使用类内散布矩阵筛选分类特性好的特征用以训练基于FPGA加速的神经网络,实现在焊缝基底噪声较大的情况下对缺陷的自动分类与识别。实验结果表明,本系统可以有效识别位于环焊缝处等形貌复杂位置的缺陷信号,正确率可达92%,且系统体积小、功耗低,适合应用于管道内检测环境。

    • >精密测量技术与仪器
    • 用于三维测量的双路点衍射干涉系统

      2017, 38(9):2146-2153.

      摘要 (2865) HTML (0) PDF 3.71 M (3450) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对在仅有一个光纤对的单路点衍射三维测量系统中,存在平行于条纹的横向方向上测量精度低的问题,提出了用于三维测量的双路点衍射干涉系统。分析了点衍射波前误差、测量探头结构布局以及三维迭代重构算法对于三维测量精度的影响,在此基础上确定点衍射源结构以及探头结构布局等最优系统参数。实验结果显示,单路点衍射干涉三维测量系统在xy方向的精度分别为亚微米量级和微米量级,而双路点衍射干涉仪系统可在三维方向上同时达到亚微米量级,验证了所提出的双路点衍射干涉系统方案的可行性和准确性。所提出的双路点衍射干涉系统有效的实现高精度三维测量,为无导轨三维位移和尺寸等测量提供了一种可行方法。

    • 高精度星敏感器标定方法研究

      2017, 38(9):2154-2160.

      摘要 (2860) HTML (0) PDF 2.70 M (4220) 评论 (0) 收藏

      摘要:星敏感器是一种广泛应用在航天飞行器中的高精度姿态测量器件,精度标定是保证高精度测量的重要环节。为了尽量提高星敏感器的整体精度,对传统星敏感器标定方法进行了仿真分析,针对传统星敏感器标定方法模型参数难以解耦的弊端,提出单独标定主点,将星敏感器光学参数误差(如焦距、成像平面倾斜和畸变)等看作一个整体误差源,采用直接映射的方式进行标定。该方法简单方便、标定精度高,避免了传统方法中误差影响因素分析不全面及多次求取拟合近似值造成的累积误差。实验结果表明,该标定方法完全满足测量角误差2″的要求。

    • 形貌视觉测量中立体拼接靶标的设计及应用

      2017, 38(9):2161-2169.

      摘要 (2245) HTML (0) PDF 4.35 M (3508) 评论 (0) 收藏

      摘要:设计了一种正六棱柱形状的立体拼接靶标,以靶标侧面6个棋盘格的角点作为全局控制点。基于近景摄影测量技术,建立立体靶标的6个单元模型,通过计算模型内摄站间的相对位姿,推导出棋盘格角点在所属单元模型的局部坐标。以公共棋盘格为中介,确立相邻单元模型的坐标系转换关系。建立靶标的全局坐标系于1号棋盘格,推导该棋盘格平面与其像平面间的单应性矩阵,从而确立全局坐标系和1号棋盘格所处单元模型的坐标系的转换关系。依次递推实现全局坐标系和每个单元模型坐标系的转换,进而计算出全部靶标角点的全局坐标,再经光束平差算法获取精确值。以玻璃表面棋盘格的角点间距作为评价指标,拼接精度优于0.15 mm/m。基于立体拼接靶标的拼接试验表明,实体模型表面4个子区域的局部点云可被精确地拼接成整体点云。与基于全局控制点和平面靶标的拼接方法相比,本方法亦具有更高的拼接精度。

    • 磁流变胶泥流变学特性测试装置研究

      2017, 38(9):2170-2176.

      摘要 (1796) HTML (0) PDF 3.31 M (3637) 评论 (0) 收藏

      摘要:现有的商用磁流变仪不能满足磁流变胶泥高剪切率和高剪切应力测试的要求,对比设计了密闭圆筒剪切模式的磁流变胶泥流变特性测试装置。在完成总体结构设计的基础上,建立了剪切通道励磁磁路的分析模型,得出了剪切通道磁场强度与励磁电流的关系,并进行了有限元仿真验证。考虑转子与外筒存在倾斜,建立了磁流变胶泥转矩传递的力学模型,得到了转子与外筒倾斜角度与传递转矩误差的理论关系。完成了测量装置样机的制作,开展了磁流变胶泥流变学特性测试,在低剪切率下测量装置测试结果与安东帕流变仪测试结果能较好吻合。研究表明,测试装置能够实现25 000 s-1的高剪切率和200 kPa的高剪切应力测试。

    • 复杂坏境下基于SINS/UWB的容错组合定位技术研究

      2017, 38(9):2177-2185.

      摘要 (1974) HTML (0) PDF 3.87 M (3604) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对超宽带无线定位系统在复杂坏境中出现的定位数据丢失以及粗大误差等导致SINS/UWB组合系统定位精度下降的问题,提出了一种基于超宽带定位系统容错判断的组合定位方法。首先根据捷联惯导测量值进行基于中值滤波的运动载体静止状态检测,进而利用最小二乘法实现静止状态下捷联惯导量测偏差矫正;然后在建立SINS/UWB组合定位模型的基础上,引入决策树容错判断机制,对超宽带定位系统在复杂环境中由于信号干扰以及非视距导致的测量数据丢失以及粗大定位误差进行实时评估,进而应用卡尔曼滤波算法,实现容错组合定位系统的构建。在搭建的SINS/UWB组合定位实验平台中进行模型验证,结果表明容错组合定位系统能够有效检测出UWB定位系统出现的定位数据丢失以及粗大定位误差,并且在UWB粗大误差状态持续6 s的情况下,容错组合定位系统仍然能够保持较高的定位精度。

    • 基于数值模拟的造波机设计与实现方法研究

      2017, 38(9):2186-2192.

      摘要 (2484) HTML (0) PDF 5.72 M (5978) 评论 (0) 收藏

      摘要:以摇板造波方式为例,推导了造波方程和消波方程,建立了造波板运动特性与波浪参数的对应关系。设计了垂向板造波模型和摇板造波模型,利用Fluent软件进行了波浪数值模拟,使用UDF控制造波板运动,在近壁面附加动量源消波,对比分析了两种造波方式的优劣。垂向板造波方式适用于小幅波,对动力源要求低;摇板造波方式适用于中幅波,波浪质量好。依据数值模拟数据,设计并研制了物理样机,开展了波高测量实验。基于数值模拟的造波机设计方法能够快速确定造波方式和关键技术参数,大大缩短了研制周期,降低了研制成本,对研制新型造波机具有重要的借鉴意义。

    • >传感器技术
    • 飞秒刻写光纤FP腔级联FBG传感特性研究

      2017, 38(9):2193-2199.

      摘要 (2312) HTML (0) PDF 4.74 M (4314) 评论 (0) 收藏

      摘要:提出了一种飞秒刻写光纤法布里珀罗(FP)腔级联切趾布拉格光纤光栅(FBG)的微结构传感器并研究了该传感器的温度与应变传感特性。该微结构传感器光谱稳定性良好,监测时长2 h内FBG波长最大漂移量为0.009 nm,功率最大漂移量为0.015 dB,FP腔波长最大漂移量为0.018 nm,功率最大漂移量为0.072 dB。当应变由0 με增至450 με再减回0 με时,该微传感器FBG特征峰先右移再左移,波长变化0.530 4 nm,应变灵敏度约1.17 pm/με,线性度高于0.99;光纤FP腔特征谷波长变化0.491 1 nm,应变灵敏度约1.10 pm/με,线性度高于0.90。当温度由50℃升至200℃再降回50℃时,FBG特征峰先右移再左移,波长变化约1.418 nm,应变灵敏度约10.09 pm/℃,线性度高于0.95;光纤FP腔特征谷波长变化约1.578 nm,应变灵敏度约10.53 pm/℃,线性度高于0.98。所提出的微结构传感器是解决单根光纤双参数测量的有效手段,同时对复杂环境下的多参数耦合测量与解耦也具有重要的参考价值。

    • 输电铁塔双轴加速度传感器优化布置

      2017, 38(9):2200-2209.

      摘要 (2683) HTML (0) PDF 3.69 M (3301) 评论 (0) 收藏

      摘要:研究输电铁塔结构振动测量用双轴加速度传感器的优化布置问题。以三维模态置信准则(TMAC)为基础,提出一种新的考虑减小冗余度的二维模态置信准则法(RRBMAC法),以实现双轴加速度传感器优化布置,该方法基于改进的二维列主元QR分解获得传感器初始布点,再结合BMAC矩阵非对角元最大值和测点冗余度建立目标函数进行寻优。采用EFI2法和RRBMAC法对钢管塔进行传感器优化布置,采用两个水平方向的模态置信准则和最大奇异值比值对布点方案进行评价,结果显示两种方法的优化效果均首先随传感器数量增加而增强,而后趋于平稳,RRBMAC法较EFI2法能够获得更好的布置效果,且在传感器数目较少的情况下,RRBMAC法即表现出较好的优化能力。另外,采用EFI2法和RRBMAC法对一基格构式输电铁塔进行传感器优化布置,对比分析结果显示RRBMAC法能够获得较好的布置方案。采用优化的传感器布置方式对铁塔进行风振响应实测,并采用NExTERA方法识别铁塔固有频率和阻尼系数,与模态分析结果对比显示NExTERA方法能够提取得到较精确的频率结果。

    • 长啁啾光纤光栅分布式双参量传感特性研究

      2017, 38(9):2210-2216.

      摘要 (2143) HTML (0) PDF 4.84 M (3739) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对在复杂条件下传统精密位置传感器易受电磁干扰,复合材料兼容性差等问题,提出了一种基于长啁啾光纤光栅的分布式位置与压力双参量传感器。建立了长啁啾光纤光栅双参量传感模型,通过数值仿真对长啁啾光纤光栅双参量传感器理论模型进行了验证。并建立了长啁啾光纤光栅双参量传感系统,实验表明该传感器对于位置参量在全量程范围内具有50 μm的空间分辨率与99.99%的线性度;对于横向力具有0.003 399 dB/N的灵敏度系数与99.8%的线性度。该传感器可以应用于复杂环境下的精密横向力测量及定位。

    • 寄生式时栅角位移传感器的新型动态解算系统

      2017, 38(9):2217-2224.

      摘要 (2119) HTML (0) PDF 2.67 M (3047) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了将时栅角位移传感器应用于运动控制场合,设计了一套新型的测角解算系统。相比传统测角解算系统,该系统不仅实现了时栅角位移传感器的动态测量,而且降低了系统成本,有利于传感器高集成度、低成本设计。首先利用优化的坐标旋转数字计算方法(CORDIC)进行角度粗解算,然后利用三角函数在0附近微区间内呈现线性特性实现了高分辨率的误差线性补偿,完成角度的精解算。减少迭代次数的同时达到了较高的输出精度,实时性高。最后讨论算法本身带来的测量误差,同时,对整个系统的误差进行了溯源。以寄生式时栅角位移传感器为载体,通过调整了传感器的激励输入和利用高速AD的过采样技术,实现了基于寄生式时栅角位移传感器的整个解算系统的设计,同时搭建了测试实验平台,实验结果表明,在传感器输出信号较理想情况下,且允许的速度范围内,系统测量误差小于10″,可以满足动态测量场合下时栅角位移传感器的应用。

    • 高分辨力分光瞳差动共聚焦传感技术研究

      2017, 38(9):2225-2231.

      摘要 (2452) HTML (0) PDF 2.42 M (3056) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了提高现有共聚焦传感技术的轴向分辨力、实现微观形貌的高精度测量,在提出分光瞳差动共聚焦传感技术的基础上,对其关键参数优化理论进行了进一步研究,并研制了一种具有最优参数的分光瞳差动共聚焦显微传感器,其融合了分光瞳差动共聚焦显微技术和基于可编辑探测器件的虚拟针孔技术,利用探测区域偏移可使分光瞳共聚焦显微技术轴向特性曲线产生相移这一特性,沿特定方向在探测面上对称设置两个虚拟针孔,通过探测它们的强度响应并进行差动处理实现高轴向分辨力、高定位精度测量。对所研制的传感器进行了轴向响应特性及传感器非线性验证,给出了其轴向相对位移测量公式,还利用所研传感器对实际的高度标准样品进行了测量,经实验验证,所研传感器轴向分辨力可达5 nm,横向分辨力为0.82 μm,为微细结构三维表面的高精度测量提供了一种新的传感技术及系统。

    • 平面十字磁梯度张量系统的两步线性校正

      2017, 38(9):2232-2242.

      摘要 (1836) HTML (0) PDF 6.72 M (3994) 评论 (0) 收藏

      摘要:磁梯度张量系统的测量精度受限于磁传感器的零漂、灵敏度差异和三轴非正交性等系统误差以及各传感器轴系间的非对准误差。构建了平面十字磁梯度张量系统的误差参数线性模型,提出了两步线性校正法。利用两个非线性变量转换构建单磁传感器系统误差的线性方程组,对误差参数进行最小二乘估计,将传感器实际输出校正为各自理想正交输出;利用旋转矩阵构建各传感器理想正交轴间非对准误差的线性方程组并求出最小二乘解,将各传感器输出校正到参考平台框架正交坐标系上。两步校正过程均无数学简化。仿真与实验表明,相比忽略二阶及以上高阶小量的常规线性校正,提出的张量系统两步线性校正法更为精确,误差参数仿真估计准确率高于93%,实测校正后总场强度均方根误差小于13 nT,张量分量均方根误差小于90 nT/m。

    • >自动控制技术
    • 溶解氧大时滞控制过程预测优选策略应用研究

      2017, 38(9):2243-2250.

      摘要 (2064) HTML (0) PDF 1.76 M (2807) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对污水溶解氧浓度这类大时滞有自衡过程的控制问题,提出了一种了基于曲线拟合直接预测被控变量和采用专家控制,以及优选法搜索目标控制量相结合的控制策略。通过最小二乘法对在线采集的数据进行曲线拟合,以得出迟延τ时间后的被控变量预测值,专家控制快速逼近目标控制量的区间,然后再采用基于黄金分割点的优选法快速逼近目标控制量。这种预测优选法控制策略是按照被控变量的预测值来确定控制量。有自衡过程的设定值一旦确定,目标控制量也相应确定,预测优选法控制策略就是快速搜索目标控制量。仿真和工程模拟试验结果均表明:针对这类大滞后有自衡过程,该控制策略可以实现有效控制,系统调节时间较专家控制提高50%,目标偏差可控制在1%以内。

    • 永磁牵引系统退磁故障自主延寿控制

      2017, 38(9):2251-2257.

      摘要 (1891) HTML (0) PDF 3.85 M (3512) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了保障永磁牵引列车在退磁故障下的可靠性与安全性,并缓解由此导致的逆变器损伤加剧问题。提出了一种在混合建模基础上的永磁牵引系统延寿控制方法。该方法在实时监测退磁程度的基础上,提出通过控制率重构的方法,适当降低退磁电机输入功率;在估计退磁程度的同时,将机电系统作为整体进行闭环控制,从而有效地延长了逆变器系统的寿命。以西门子Syntegra永磁同步电机牵引系统为例,对于多种工况下的退磁监测与延寿控制效果进行了仿真的验证,实验结果表明该方法能够准确监测退磁程度,在不影响系统服役性能的前提下,延长逆变器系统的整体寿命。

    • 基于电流偏差补偿模型的SICM自适应控制

      2017, 38(9):2258-2265.

      摘要 (1433) HTML (0) PDF 4.52 M (3644) 评论 (0) 收藏

      摘要:扫描离子电导显微镜(SICM)能够在非接触条件下获取样品表面纳米级形貌特性信息,可以在生理液态环境下实现对活体细胞等柔软样品无损成像。但是通过前期大量实验结果,发现在使用连续扫描模式时SICM扫描图像存在“拖尾”现象,导致图像失真,并限制了扫描成像速度。针对这一问题,结合SICM成像原理进行分析,得出电流逼近曲线高度非线性是产生这一现象的主要原因,并提出一种基于电流偏差补偿模型的SICM自适应控制方法。主要思想是建立电流偏差补偿模型,利用上一行扫描高度数据作为先验知识预测当前扫描点位置,并输入补偿模型得到新的电流偏差作为系统被控量。最后分别用新旧控制算法对标准栅格扫描图像进行成像效果对比,实验结果验证了该算法在一定扫描速度范围内能够有效地解决“拖尾”现象,明显减小图像失真,为进一步提高SICM系统成像质量和成像速度提供了一种有效的技术方法。

    • 非完整移动机器人领航-跟随编队分布式控制

      2017, 38(9):2266-2272.

      摘要 (2368) HTML (0) PDF 3.66 M (3836) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对非完整移动机器人运动学模型的特点,并且考虑机器人之间的交互关系是局部的,提出了一种基于领航跟随的非完整多移动机器人分布式编队控制方法。首先提出了一种分布式估计策略,为每个跟随机器人估计(虚拟)领航机器人的位置、方向、线速度等状态;接着利用每个跟随机器人的跟踪误差设计了编队控制算法;使用Lyapunov工具对算法进行了渐近稳定性和收敛性分析;最后,构建了多移动机器人视觉定位与控制实验平台,通过仿真和实验验证了所提算法的有效性。

    • >视觉检测与图像测量
    • 基于物像尺度变换的河流水面流场定标方法

      2017, 38(9):2273-2281.

      摘要 (1727) HTML (0) PDF 2.42 M (3350) 评论 (0) 收藏

      摘要:河流水面成像测速是一种非接触式测流技术,其中流场的定标主要基于直接线性变换法(DLT)。由于严重依赖于河流两岸控制点的数量、分布及坐标勘测精度,现有测量系统受到野外复杂施测条件的制约而难以快速安全布设。对此提出了一种基于物像尺度变换(OIS)的流场定标方法。在考虑相机倾角及水位变化的基础上,通过建立倾斜视角下变高平面的成像模型,推导出像平面和河流水面间“点距离”的变换关系。进而设计一种激光测距仪辅助的测量装置及其检校方法用于模型参数的获取。实验结果表明,OIS法在精度方面与DLT法相当,但无需在现场采用全站仪布设控制点,显著提高了野外作业的效率和安全性。研究有望为新型集成一体化光学测流仪器的设计提供理论和技术方法上的支撑。

    • 对象置信度指引下的高分辨率遥感影像分割

      2017, 38(9):2282-2290.

      摘要 (2050) HTML (0) PDF 6.35 M (3493) 评论 (0) 收藏

      摘要:如何减小分割结果与实际地理对象间的差异,是目前高分辨遥感影像分割中面临的一个难点问题。为此,构建了一种新的对象置信度(OC)指标来衡量任意区域与地理对象间的匹配程度,进而提出了一种面向地理对象的多尺度分割算法。该算法主要包括两个步骤:首先,通过对影像进行过分割来构建初始种子区域集合,并确定尺度参数集合;而后,通过跟踪对象置信度指标OC的尺度间变化来指引多尺度区域合并过程,使区域合并结果逐步逼近实际的地理对象。多组实验结果表明,所提出的算法能够显著改善过分割及欠分割问题,准确识别建筑物、道路等地理对象的完整轮廓,在定性分析及定量精度评价中均显著优于商业软件eCongnition及传统多尺度分割算法。

    • 基于电磁层析成像的金属缺陷稀疏成像方法

      2017, 38(9):2291-2398.

      摘要 (2778) HTML (0) PDF 2.46 M (2923) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用电磁层析成像(electromagnetic tomography, EMT)技术实现对金属缺陷的可视化,克服了传统的检测技术无法对缺陷进行可视化的不足。首先设计了一种新型的平面EMT传感器,其次根据缺陷分布的稀疏性,提出了l1正则化稀疏成像算法。该算法能够有效避免传统的l2正则化算法带来的过度光滑的问题,成像更加精确。最后为证明该算法相对于l2正则化算法的优越性,进行了仿真和实验。仿真和实验结果均表明l1正则化稀疏成像算法能够有效提高缺陷图像的重建质量和精度。

    • 基于形状匹配及纹理筛选的汽车轮毂型号识别

      2017, 38(9):2299-2306.

      摘要 (1676) HTML (0) PDF 6.45 M (3941) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了对轮毂型号进行识别,提出一种基于形状匹配及纹理筛选的轮型识别算法。首先,确定一个轮辐形状为标准模板并得出其边缘图,把模板作为移动窗口在待识别轮毂图片中移动,逐一计算模板到轮毂图片各感兴趣区域(ROI)的最小二维欧氏距离。若此距离小于设定阈值,则判定搜索到一个与模板相同的形状;然后对待识别的轮毂图片进行随机游走,得出游走直方图,通过改进对游走直方图相似度的评价方式,得出纹理偏差度;最后通过对纹理偏差度的比较确认正确的轮型。识别过程具有非接触、灵活、准确的优点,实验表明对于干扰较大图片也具有较高的识别率和较好的鲁棒性。

    • 动静脉血管自动分类方法及其管径测量

      2017, 38(9):2307-2316.

      摘要 (2151) HTML (0) PDF 6.44 M (7391) 评论 (0) 收藏

      摘要:视网膜动静脉管径以及动静脉比值可以反映高血压患者脑卒中发病的风险,因此对视网膜血管直径的量化分析有助于病情的风险评估和防治工作。提出了一种视网膜动静脉自动分类和血管直径的自动测量方法。首先,对视网膜血管网络进行分割,并获取中心线;其次选取了不同颜色空间中的不同通道分量,提出了基于中心线像素和血管像素的特征向量、血管宽度和中心光反射的特征向量,采用K均值聚类实现感兴趣测量区域内动静脉的自动分类;最后统计血管横截面的灰度曲线分布,利用高斯曲线进行拟合,根据半高度全宽获取动静脉宽度。分别对REVIEW和DRIVE数据库进行实验,验证了本方法的有效性。

    • 基于尺寸公差和图像处理的刹车片尺寸检测

      2017, 38(9):2317-2325.

      摘要 (2075) HTML (0) PDF 2.39 M (3326) 评论 (0) 收藏

      摘要:刹车片尺寸检测是刹车片质量的重要指标之一。为了快速综合检测刹车片尺寸,提出了基于公差设计原则和图像处理的综合尺寸检测方法。首先根据图纸要求利用尺寸公差设计原理逆向设计刹车片尺寸允许公差控制带,作为综合尺寸检测标准模板图;其次,利用CCD相机采集待检刹车片图像以及进行滤波、二值化处理,得到二值图像并利用最小外接矩形优化算法确定其放缩倍数,得到与标准模板图相同的像素尺寸标准的实际图;最后利用实际图与标准模板图两圆心坐标连线中点位置截图相同大小的两幅图,并且将实际图进行边缘检测得到实际轮廓图,然后将实际轮廓图与标准模板图进行加法运算,利用白色像素点数与标准模版图白色像素点数差异得到检测结果。实验结果表明,检测精度可达到1个像素尺寸,检测速度5 s一片,并且可以检测出刹车片所有待检尺寸是否合格。

    • 基于SIFT的小模数齿轮图像亚像素级配准研究

      2017, 38(9):2326-2334.

      摘要 (2032) HTML (0) PDF 3.82 M (3270) 评论 (0) 收藏

      摘要:为解决小模数齿轮视觉测量中凸显的工业相机高空间分辨率与大视场相互制约的问题,对轮廓光条件下前景背景对比度过强、局部对比度不足,存在大面积同色区域的小模数齿轮图像亚像素级配准方法进行研究。针对传统基于特征点的图像配准流程在小模数齿轮图像配准中存在特征点数量稀少、正确匹配率过低的问题,介绍了适用于小模数齿轮图像的配准流程;引入直方图均衡化改善图像对比度,丰富灰度色调,增晰图像暗部特征以提升特征点数量和正确匹配率;为了克服传统匹配对提纯算法中阈值设置不准确、参数调整困难及模型不唯一的缺点,结合两倍中误差准则提出全局自适应参数匹配点对提纯方法,保证提纯结果唯一性的同时,其自适应调整判别阈值的方法可避免人为误差进而保证结果的重复性。实验结果表明,利用介绍的方法对图像进行预处理可大幅度提升特征点数量与正确匹配率,取提纯所得平移量的平均值作为配准结果,其正确度和精密度均优于传统算法,针对轮廓光条件下的小模数齿轮图像,配准精度优于0.083 pixel,对于小模数齿轮视觉测量具有实际应用价值。

    • >交叉与前沿
    • 开阔水域船舶碰撞频率建模及应用

      2017, 38(9):2335-2342.

      摘要 (1805) HTML (0) PDF 2.30 M (3261) 评论 (0) 收藏

      摘要:船舶碰撞频率可用潜在碰撞船舶数与致事故系数乘积表示。以往潜在碰撞船舶数计算模型对船舶动态因素考虑较少,基于交通冲突技术,通过构建动态船舶领域模型、设计碰撞冲突判断标准算法、使用船舶碰撞冲突数代替潜在碰撞船舶数,提出一种开阔水域船舶碰撞频率模型。结果表明,台湾海峡碰撞频率高发区位于牛山岛(24°46.8′N~25°30.0′N)、兄弟屿(23°22.8′N~25°49.2′N)和厦门湾口(24°08.4′N~24°33.6′N)这3个海域。研究海域船舶碰撞频率为5.068 7起/年、与目标海域15年商船平均碰撞频率4.866 7起/年高度吻合。研究发现交叉冲突是台湾海峡船舶碰撞冲突主要类型,而夜间发生船舶碰撞频率2.787 0起/年,高于白天2.281 7起/年。该模型为计算船舶碰撞频率提供一种新方法,也为后续研究船舶碰撞定量风险评估提供基础数据。

    • 正交轴色谱仪设计与样机研制

      2017, 38(9):2343-2350.

      摘要 (2502) HTML (0) PDF 3.86 M (2964) 评论 (0) 收藏

      摘要:以正交轴色谱仪为对象,研究结构设计与样机研制。首先,根据设计要求对其进行结构设计,综合出合适的机械构型并根据动量矩定理对其进行动力学分析,得出驱动力矩;然后,对机械构型进行模态分析,得出机械构型的薄弱环节;最后,针对薄弱环节进行结构优化,在此基础上搭建物理样机,并通过相关的实验测试来分析样机的分离效率及其影响因素。结果表明:在一定范围内,随转速的增加,样机的固定相保留率增大,分离效率增高,当转速达到800 r/min时,固定相保留率最大,当转速超过800 r/min时,固定相保留率减小,分离效率降低,而当样机转速一定时,样机中液体的流速越大,固定相保留率越低。

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