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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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基于工业反光特征的高精度视觉SLAM方法

光学学报 2024年第11期44卷 85-96页

作者：郭朝杨泽任永杰孙岩标邾继贵天津大学精密仪器与光电子工程学院天津300072

针对现有基于自然特征的视觉即时定位与地图构建(SLAM)精度无法满足工业级高精度测量定位需求的问题,提出一种基于工业反光特征的高精度实时视觉SLAM方法,将工业摄影测量使用的高反光特征引入到非结构化工厂场景中,利用图优化理论来实... 详细信息

针对现有基于自然特征的视觉即时定位与地图构建(SLAM)精度无法满足工业级高精度测量定位需求的问题,提出一种基于工业反光特征的高精度实时视觉SLAM方法,将工业摄影测量使用的高反光特征引入到非结构化工厂场景中,利用图优化理论来实现基于反光特征的实时高精度定位测量。先利用关键帧图像网络优化方法快速计算地图精确点坐标,再基于全局地图与辅助惯性里程计信息实时求解相机高精度六自由度位姿,最后将位姿测量结果与真值进行比较。实验结果表明,在缺少自然特征的场景中,反光特征的引入使得ORB-SLAM3算法的定位精度提高了74.5%。同时本文方法相较于采用反光特征的ORB-SLAM3、PnP算法在定位精度上平均提升了66.72%、12.93%。实验结果的绝对轨迹误差均小于2 mm,平均误差为1.5 mm,相对姿态误差则小于0.03°,实现了非结构化工业环境下的高精度实时定位。

关键词：测量反光特征关键帧图像网络优化全局信息辅助视觉惯性实时定位

基于融合差分卷积的受电弓安全触发目标实时检测定位方法

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激光与光电子学进展 2024年第18期 1-9页

作者：杨占山张瀛杜弘志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

针对现有目标检测算法存在的问题，提出了一种基于融合差分卷积的目标实时检测定位方法。首先构建融合差分卷积的主干网络以增强特征提取能力；然后设计共享权重的特征融合模块和检测头以提高检测速度和精度；最后制定多阶段训练策略进... 详细信息

针对现有目标检测算法存在的问题，提出了一种基于融合差分卷积的目标实时检测定位方法。首先构建融合差分卷积的主干网络以增强特征提取能力；然后设计共享权重的特征融合模块和检测头以提高检测速度和精度；最后制定多阶段训练策略进一步提升精度。在受电弓检测数据集中的实验结果表明，在CPU硬件资源下，所提方法检测帧率可达149 frame/s，整体平均精度均值（mAP）可达81.20%，比FemtoDet算法分别提高了57 frame/s和6百分点。所提方法满足高速铁路现场中对触发定位任务的实时性和准确性的技术需求。

关键词：目标检测模型压缩特征融合卷积神经网络

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工作空间测量定位系统参数模型建立方法

光学学报 2024年第16期 179-188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

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... 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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基于二维图像基准的动态线扫描点云校正方法

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

工作空间测量定位系统定向网络结构强度评估方法

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激光与光电子学进展 2024年

作者：郭保立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

工作空间测量定位系统基于多站观测交会原理实现坐标测量，测量仪器位姿参数的精确标定则是实现系统高精度测量的前提。系统定向过程中基于仪器观测量和几何约束信息建立多个观测方程，从而构建定向网络，其结构强度体现了定向位姿参数... 详细信息

工作空间测量定位系统基于多站观测交会原理实现坐标测量，测量仪器位姿参数的精确标定则是实现系统高精度测量的前提。系统定向过程中基于仪器观测量和几何约束信息建立多个观测方程，从而构建定向网络，其结构强度体现了定向位姿参数的标定精度。但是，现场定向网络大多依据经验部署，其结构强度缺乏有效的评估方法，本文基于系统的隐函数数学模型及定向原理推导出测量仪器位姿参数不确定度表达形式，提出定向网络结构强度评估模型，基于模型计算得到的结构系数形成定向网络结构强度的评价指标。采用仿真与实验的方式对比并验证了不同构型定向网络的结构强度，从而验证了该模型的正确性。通过对结构系数影响因素的分析，对定向网络的布局及结构优化提出指导。

关键词：工作空间测量定位系统定向网络位姿参数不确定度结构强度

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新型旋转激光扫描系统轴系调整与误差标定

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

基于位置敏感探测器的激光位移传感器小波优化方法

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中国激光 2013年第3期40卷 185-191页

作者：邾继贵陈浩薛彬天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室天津300072

在激光位移传感器中引入位置敏感探测器(PSD)可在狭小空间内实现测量,但易受外界因素影响使得输出信号中包含大量噪声,严重影响PSD位置检测精度。为在此测量环境下有效提取PSD位置信号,提出一种利用小波阈值去噪技术提高基于PSD的激光... 详细信息

在激光位移传感器中引入位置敏感探测器(PSD)可在狭小空间内实现测量,但易受外界因素影响使得输出信号中包含大量噪声,严重影响PSD位置检测精度。为在此测量环境下有效提取PSD位置信号,提出一种利用小波阈值去噪技术提高基于PSD的激光位移传感器检测精度的方法。该方法在离散小波变换的基础上,将PSD的原始测量信号进行多尺度小波分解,通过软阈值量化处理含噪声的小波系数后重构测量信号。实验中通过选择不同的基小波、变化分解尺度以及控制信号采样数量等过程评价小波去噪的效果,最终证实:选取合适的小波去噪组合算法可使去噪后信号不仅保持原始测量平均值,且标准差减小至2μm以下,能显著提高传感器位置检测精度,缩短测量时间。

关键词：测量位置敏感探测器小波去噪激光位移传感器软阈值

粗糙表面散射特性对基于PSD的激光位移传感器测量精度的影响

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中国激光 2013年第8期40卷 165-171页

作者：陈浩邾继贵薛彬天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室天津300072

激光位移传感器的测量是基于目标表面的散射效应,表面的粗糙度特性直接影响散射测量光斑的光强。为研究粗糙表面对成像光斑光强的影响,通过构建粗糙表面的散射几何模型,利用基尔霍夫标量散射的解析理论,结合遮蔽函数统计模型,获得被测... 详细信息

激光位移传感器的测量是基于目标表面的散射效应,表面的粗糙度特性直接影响散射测量光斑的光强。为研究粗糙表面对成像光斑光强的影响,通过构建粗糙表面的散射几何模型,利用基尔霍夫标量散射的解析理论,结合遮蔽函数统计模型,获得被测表面的粗糙特性与成像光斑光强的函数关系。根据传感器中位置敏感探测器(PSD)的检测原理,感光面上成像光斑光强大小将直接影响传感器的测量精度。实验分析了基于PSD的位移传感器对标准粗糙度样块的测量数据,结果表明不同的表面粗糙度将产生不同的测量误差,表面粗糙度Rq值越大散射光斑光强越大,但伴随遮蔽系数的显著增强,光斑光强将逐渐被削弱,而测量误差大小与光强的变化趋势相同,其中对Rq=0.8mm左右的粗糙表面的测量误差最小。

关键词：测量激光位移传感器标量散射表面粗糙度遮蔽效应位置敏感探测器