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基于CReLU和FPN改进的SSD舰船目标检测

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仪器仪表学报 2020年第4期41卷 183-190页

作者：李晖晖周康鹏韩太初西北工业大学自动化学院西安710072 中国飞行试验研究院西安710089

在遥感图像中,舰船目标具有目标尺寸较小、形状细长、多个目标紧密排列、类间相似度高等特点,现有的深度学习目标检测算法对舰船小目标的检测精度不高,易发生错检、漏检情况。为了更有效地利用遥感图像信息,提高小目标检测精度,构建了... 详细信息

在遥感图像中,舰船目标具有目标尺寸较小、形状细长、多个目标紧密排列、类间相似度高等特点,现有的深度学习目标检测算法对舰船小目标的检测精度不高,易发生错检、漏检情况。为了更有效地利用遥感图像信息,提高小目标检测精度,构建了舰船数据集SDNGV,提出基于串行修正线性单元CReLU和特征金字塔网络(FPN)改进的单射探测器(SSD)舰船目标检测识别方法。首先,在SSD网络的浅层添加CReLU,提升其浅层特征的传递效率;然后,采用FPN从网络的深层到浅层逐级融合SSD中用于检测的多尺度特征图,提升网络的定位精度和分类精度。实验表明,所提目标检测算法具有较好的检测精度,改进方法具有明显的效果,在舰船小目标的检测上有10%的检测精度提升。

关键词：目标检测舰船检测深度学习卷积神经网络

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变构型飞行器蒙皮多维大尺度变形重构方法

仪器仪表学报 2023年第4期44卷 197-205页

作者：王元锋何彦霖周康鹏祝连庆北京信息科技大学光电测试技术与仪器教育部重点实验室北京100016 北京信息科技大学光纤传感与系统北京实验室北京100192 天津大学精密仪器与光电子工程学院天津300072

变构型飞行器在执行不同飞行任务时会大尺度地改变机翼结构和蒙皮形状,蒙皮多维大尺度的变形重构是变形飞行器研究中的难点。本文针对这一问题,提出一种基于多芯光纤传感的变形飞行器蒙皮变形形状重构方法。该方法基于多芯光纤光栅应变... 详细信息

变构型飞行器在执行不同飞行任务时会大尺度地改变机翼结构和蒙皮形状,蒙皮多维大尺度的变形重构是变形飞行器研究中的难点。本文针对这一问题,提出一种基于多芯光纤传感的变形飞行器蒙皮变形形状重构方法。该方法基于多芯光纤光栅应变传感原理,利用传感器上的多个光栅传感点,建立光栅波长漂移和曲率之间的转换关系,实现三维曲线重构。此外,为了重构变构型飞行器多维大尺度变形下的形状,本文研究了将重构曲线转化为飞行器机翼的展开角和翻转角,并结合两个角度和飞行器机翼的长宽等固有参数,通过拟合插值将两个角度变化引起的变形连续化,实现了柔性蒙皮多维大尺度变形重构。同时,本文为了减小温度造成的误差,利用多芯光纤中间纤芯不受拉伸和压缩、只受温度影响的特点,将中间纤芯与旁轴纤芯的中心波长漂移量做差,实现温度解耦。为了验证本文变形重构方法的有效性,对飞行器蒙皮多种不同情况下的变形进行了实验测试,并将形变重构结果与视觉测量进行了对比。研究结果表明,飞行器蒙皮多维大尺度变形重构的平均误差为7 mm,变形角度重构的平均误差为3.6%,可以实现变构型飞行器蒙皮多维大尺度变形重构,该方法在航空航天器等结构变形监测领域具有良好的应用前景。

关键词：变形飞行器光纤布拉格光栅柔性蒙皮多维大尺度变形重构

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光纤传感微创手术探针末端三维力测量方法

仪器仪表学报 2023年第1期44卷 38-45页

作者：于昌新何彦霖祝连庆周康鹏祝航威北京信息科技大学光纤传感与系统北京实验室北京100192 北京信息科技大学光电测试技术及仪器教育部重点实验室北京100016

手术探针末端的接触力反馈是保障手术安全性的重要因素之一。本文针对穿刺手术探针末端三维力测量的需求,研究了基于核极限学习机(KELM)神经网络的光纤传感微创手术探针末端三维力测量方法。首先,设计了可植入光纤传感器的手术探针结构,... 详细信息

手术探针末端的接触力反馈是保障手术安全性的重要因素之一。本文针对穿刺手术探针末端三维力测量的需求,研究了基于核极限学习机(KELM)神经网络的光纤传感微创手术探针末端三维力测量方法。首先,设计了可植入光纤传感器的手术探针结构,将4根光纤布拉格光栅(FBG)传感器植入探针中,其中3根FBG用于力测量,1根FBG用于温度补偿。接着通过分析探针应力和应变之间的关系,建立了基于FBG的探针三维力传感模型。同时为了消除温度变化对光纤传感器的交叉影响,研究了光纤传感温度补偿方法。最后,为了验证本文所研究测量方法的有效性,对植入光纤光栅的探针进行了温度标定,并分别在常温和变温环境下进行了三维力测量。实验结果表明:KELM网络测量结果在常温环境下X、Y、Z方向上平均测量误差为0.22%、0.99%、0.65%;在20℃~40℃的变温环境下,X、Y、Z方向上平均测量误差分别为1.32%、1.03%、2%,本文所研究的KELM神经网络末端三维力测量方法具有较小的测量误差,在手术机器人力反馈领域有广阔的应用前景。

关键词：手术探针光纤光栅核极限学习机温度补偿三维力测量

引入曲率与角度校正的柔性机构三维形状多芯光纤重构方法

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红外与激光工程 2021年第5期50卷 112-118页

作者：吕佳豪董明利何彦霖孙广开周康鹏北京信息科技大学光电测试技术及仪器教育部重点实验室北京100192 北京信息科技大学光纤传感与系统北京实验室北京100016 天津大学精密仪器与光电子工程学院天津300072

为提高柔性机构三维位形参数光纤测量精度,提出了基于曲率与角度校正的多芯光纤三维形状重构方法。通过引入方向角和曲率校正系数,改进了柔性三维形变多芯光纤重构算法;利用准分子激光器和相位掩膜法制备了多芯光纤光栅传感阵列,建立了... 详细信息

为提高柔性机构三维位形参数光纤测量精度,提出了基于曲率与角度校正的多芯光纤三维形状重构方法。通过引入方向角和曲率校正系数,改进了柔性三维形变多芯光纤重构算法;利用准分子激光器和相位掩膜法制备了多芯光纤光栅传感阵列,建立了多芯光纤三维形状重构实验系统;实验测量了不同曲率比例因子下的形状重构误差,分析了曲率与角度校正前后形状重构误差;通过对应变进行了三次样条插值,并对方向角和曲率进行了校正,得到了形状重构误差平均值为0.74 mm、最大值为1.64 mm;利用校正后的多芯光纤传感系统进行三维螺旋形变重构实验,得出重构精度提高了10.2%。研究结果表明,基于曲率与角度校正的多芯光纤三维形状重构方法具有更高精度,在柔性机构三维位形实时监测中具有应用前景。

关键词：形状重构柔性机构光纤布拉格光栅多芯光纤

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连续体手术机器人光纤导航技术现状和展望

机械工程学报 2023年第1期59卷 1-18页

作者：孙广开何彦霖于洋韩静赵冠棋周康鹏祝连庆北京信息科技大学光电测试技术及仪器教育部重点实验室北京100192 北京信息科技大学光纤传感与系统北京实验室北京100016 首都医科大学附属北京安贞医院北京100029 首都医科大学附属北京天坛医院北京100070 天津大学精密仪器与光电子工程学院天津300072

连续体机器人在微创介入手术中逐渐得到广泛应用,其精准导航控制成为医学影像和手术机器人领域的研究热点和难点。光纤导航被视为最具潜力的连续体机器人导航技术之一。经过四十多年的研究发展,国内外在相关理论和方法、技术与系统和临... 详细信息

连续体机器人在微创介入手术中逐渐得到广泛应用,其精准导航控制成为医学影像和手术机器人领域的研究热点和难点。光纤导航被视为最具潜力的连续体机器人导航技术之一。经过四十多年的研究发展,国内外在相关理论和方法、技术与系统和临床试验等方面都取得了较大进展,推动了该技术的临床应用。但是,目前仍然存在若干问题限制了该技术的应用发展,亟待探讨解决方法。为此,梳理了光纤导航技术的研究发展历程,分析了光纤导航的主要技术类型、技术优缺点和关键核心算法,指出了需要研究解决的关键问题,并从高精度定位、力触觉信息反馈、多模态影像融合识别、智能化和产品化等方面探讨了未来发展方向。

关键词：光纤导航连续体机器人手术机器人微创手术介入手术

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穿刺手术柔性针路径规划技术现状和展望

电子测量与仪器学报 2023年第6期37卷 1-13页

作者：张帆何彦霖周康鹏祝航威祝连庆北京信息科技大学光纤传感与系统北京实验室北京100192 北京信息科技大学光电测试技术及仪器教育部重点实验室北京100016

微创穿刺手术由于具有创伤小、恢复快等优势,近年来在临床上得到广泛应用,主要用来进行组织活检、局部消融和局部麻醉等操作。目前穿刺手术使用的手术器械是斜尖柔性针,相比较于刚性针,前者可以避开重要的器官和组织,对患者的损伤较小... 详细信息

微创穿刺手术由于具有创伤小、恢复快等优势,近年来在临床上得到广泛应用,主要用来进行组织活检、局部消融和局部麻醉等操作。目前穿刺手术使用的手术器械是斜尖柔性针,相比较于刚性针,前者可以避开重要的器官和组织,对患者的损伤较小。在手术过程中,有效的路径规划算法可以辅助医生提高手术的安全性和准确性,现有的术中路径规划算法的误差在毫米量级,限制了其在临床手术中的应用,亟待探讨解决方法。为此,梳理了穿刺手术中柔性针的路径规划研究进展,分析了影响路径规划的因素,对穿刺针的路径规划算法进行了详细的介绍,指出了当前需要解决的关键问题,最后从最优路径选择、参数反馈以及术中实时路径规划方法等不同方面出发探讨了柔性针手术穿刺针路径规划的未来发展方向。

关键词：穿刺手术柔性针路径规划算法术中规划

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一种光电搜索设备跟踪精度自动计算方法

Bishop标架螺旋多芯光纤三维位形重构方法研究

中国科技纵横 2021年第1期 46-47页

作者：周康鹏中国飞行试验研究院陕西西安 710089

本文介绍了光电搜索设备跟踪精度快速计算的背景、快速计算需要解决的问题和快速计算的技术途径.以某型光电搜索设备试飞为例,采用Shi-Tomasi角点检测算法和欧式距离度量的方法计算跟踪精度.结果表明,该计算方法精度高,耗时短.

关键词：角点检测距离度量跟踪精度

来源：评论

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光学技术 2023年第6期49卷 699-703页

作者：刘金方周康鹏赵昊张兴硕孙广开北京信息科技大学光电测试技术及仪器教育部重点实验室北京100192 北京信息科技大学光纤传感与系统北京实验室北京100016

针对多芯光纤三维位型重构问题,提出了一种基于螺旋多芯光纤和Bishop标架的三维位形重构方法。分析了基于螺旋多芯光纤和Bishop标架的三维位形重构算法原理,实验采用了螺旋多芯光纤布拉格光栅(Fiber Bragg gating, FBG)阵列传感,通过光... 详细信息

针对多芯光纤三维位型重构问题,提出了一种基于螺旋多芯光纤和Bishop标架的三维位形重构方法。分析了基于螺旋多芯光纤和Bishop标架的三维位形重构算法原理,实验采用了螺旋多芯光纤布拉格光栅(Fiber Bragg gating, FBG)阵列传感,通过光谱漂移计算各个纤芯的应变值,并根据节点截面应变关系模型实现了纤芯曲率和扭转角解算,最后,结合Bishop迭代计算得到光纤整体位形,实现了形状重构。进行了4种形状的重构实验,最大三维重构绝对误差为3.11mm。实验结果表明,基于Bishop-HMCF的形状重构方法能够实现三维位形重构,在柔性机构末端定位和导航上具有重要的研究意义与应用价值。

关键词： Bishop标架螺旋多芯光纤(HMCF) 光纤布拉格光栅(FBG) 位形重构

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红外光谱计算重构成像方法研究

中国科技信息 2020年第6期 101-102页

作者：姚凯凯周康鹏王怡中国飞行试验研究院

通过红外光谱仪可获取目标的光谱辐射亮度和分布特征等数据,但是其无法对目标成像,约束了红外光谱仪的视场场景和条件,针对该现象,基于压缩感知原理,本文提出了一种计算重构成像方法,在获取目标光谱分布特性的同时,对目标进行压缩编码采... 详细信息

通过红外光谱仪可获取目标的光谱辐射亮度和分布特征等数据,但是其无法对目标成像,约束了红外光谱仪的视场场景和条件,针对该现象,基于压缩感知原理,本文提出了一种计算重构成像方法,在获取目标光谱分布特性的同时,对目标进行压缩编码采样,通过本文提出的计算重构方法,完成对指定红外波段的图像计算成像,且获取的图像质量较高,实现了"谱-像"的严格一致对应,为红外光谱仪的拓宽应用奠定了基础。

关键词：红外光谱仪成像方法稀疏系数重构方法数据立方体压缩感知光谱辐射亮度索引值压缩采样压缩感知理论图像噪声