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Bayer滤波型彩色空间相机的调制传递函数检测方法研究

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光学学报 2024年

作者：王煜皓樊元朋魏磊山东大学前沿交叉科学青岛研究院

为解决Bayer滤波型彩色空间相机调制传递函数检测困难的问题，本文对计算算法和检测方式进行了改进。提出了对三基色颜色分量单独进行MTF检测，再根据光源的定标结果加权得到彩色图像测试结果的方法，解决了由于插值造成的像质进一步退... 详细信息

为解决Bayer滤波型彩色空间相机调制传递函数检测困难的问题，本文对计算算法和检测方式进行了改进。提出了对三基色颜色分量单独进行MTF检测，再根据光源的定标结果加权得到彩色图像测试结果的方法，解决了由于插值造成的像质进一步退化，且可能会空间频率提前截止的问题。通过对边缘检测和边缘扩展函数数据处理两个关键步骤的改进，对刃边法进行了优化。首先，利用抵抗噪声能力强的Canny算子进行图像边缘拟合，并利用自适应滤波函数和最大类间方差法对Canny算子进行了改进，解决了噪声影响刃边拟合精度的问题。然后，提出了基于非均匀傅里叶快速傅里叶变换的边缘扩展函数处理方法，降低了平滑数据带来的新误差，解决了均匀化处理精度不够的问题。最后，完成了某型号Bayer滤波型彩色空间相机的MTF测量试验。仿真和试验结果表明，本文提出的解决方案能够实现Bayer滤波型彩色空间相机MTF的高精度检测。

关键词：光学工程调制传递函数刃边法 Bayer滤波型彩色相机

多源监测技术协同建筑物纠偏全过程变形监测研究

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多源监测技术协同建筑物纠偏全过程变形监测研究

作者：王清朋山东建筑大学

学位级别：硕士

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平单轴光伏支架气动失稳试验与数值模拟研究

平单轴光伏支架气动失稳试验与数值模拟研究

作者：王贺朋石家庄铁道大学

学位级别：硕士

脊柱手术自主规划系统的优化及手术机器人在脊柱转移癌手术中的临床应用

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脊柱手术自主规划系统的优化及手术机器人在脊柱转移癌手术中的临...

作者：朱志朋中国人民解放军海军军医大学

学位级别：硕士

研究背景与目的:在脊柱外科领域,尤其是脊柱转移癌的手术治疗方面,精准性和安全性是手术成功的关键因素。随着医学技术的持续进步,脊柱手术特别是在脊柱转移癌的治疗方面已经取得了显著的发展。然而传统的手术技术常常伴随较大的创伤和... 详细信息

研究背景与目的:在脊柱外科领域,尤其是脊柱转移癌的手术治疗方面,精准性和安全性是手术成功的关键因素。随着医学技术的持续进步,脊柱手术特别是在脊柱转移癌的治疗方面已经取得了显著的发展。然而传统的手术技术常常伴随较大的创伤和较高的并发症风险。机器人系统通过提供实时三维成像引导和精确的定位,有助于外科医生实现更精确地置入椎弓根螺钉。尽管如此,现有的导航系统在自主规划方面仍面临挑战,特别是在规划椎弓根螺钉路径时穿破内壁的风险方面存在改进空间。此外,目前的机器人系统在自主置钉过程中对经验丰富的脊柱外科医生的依赖度仍较高。鉴于此,本研究的主要目的在于提高脊柱机器人脊柱手术的精确度和安全性,为脊柱患者提供更为安全和有效的手术治疗方案。研究方法:本研究采用多阶段方法论,涵盖自主规划系统的优化、动物模型研究和脊柱转移癌患者的临床回顾性分析,以实现研究目的。1.自主规划系统优化:优化的自主规划系统通过实现安全区域的识别和划定,结合计算机视觉内容自动识别出椎弓根内壁并界定出安全区域范围,并在手术规划中避开安全区域,以降低手术风险。2.动物模型研究:选用22头健康的实验用猪作为动物模型,以模拟人类脊柱手术的解剖和生理条件。在无菌条件下,根据优化后的自主规划系统提供的导航信息,进行椎弓根螺钉的置入操作,记录相关参数以评估手术的精确度和手术安全性。3.临床应用研究:对65名脊柱转移癌患者进行回顾性分析,实验组患者均接受了机器人辅助的经皮椎弓根螺钉放置和小切口环形减压手术技术。记录术中及术后数据来评价该手术方式对患者的治疗效果。结果:1.自主规划系统优化:通过深度学习技术的应用,优化后的自主规划系统能够有效识别脊柱的解剖结构,并精确划定安全区域。2.动物模型研究:在实验用猪模型中,优化后的自主规划系统在手术中显示出高准确性和良好的安全性。实验中每根骨导引针置入的平均时间为3.82±1.72 min,显示出较好的手术效率。螺钉置入位置的平均偏差为1.34±0.70mm,角度偏差为3.25±1.78度,表明优化后的系统在动物模型中应用具有较高的置钉准确性。安全性:所有螺钉无皮质侵及现象,椎弓根螺钉植入准确度为100%(100%A级)。术后影像学评估证实了螺钉的正确放置,未发现严重并发症。3.临床应用研究:脊柱机器人辅助下经皮椎弓根螺技术结合小切口环形减压手术技术在临床应用中的数据显示,实验组在失血量(722.2±350.7 m L vs.1080.6±878.4 m L,p=0.050)、伤口长度(10.9±3.2 cm vs.17.1±7.7 cm,p<0.001)和住院时间(5.8±0.8天vs.9.8±1.5天,p<.001)等方面均优于开放手术组。在实验组,机器人辅助放置的螺钉中准确度为A级或B级的比例为100%,而对照组为93.75%,p=0.004。结论:本研究通过对自主规划系统的优化、动物模型研究和脊柱转移癌患者的临床应用研究,展示了优化后的自主规划系统在脊柱手术中的应用潜力。在动物模型研究中,该系统指导下的椎弓根螺钉置入手术具有高准确性和良好的安全性。临床应用研究表明,结合该系统的机器人辅助手术技术联合脊柱转移癌微创手术技术能够显著提高手术的效率和精确度,减少手术创伤,促进患者的术后恢复。本研究证实了优化后的自主规划系统在脊柱手术中的应用价值,能够提供更为精准、安全和微创的手术方案,有助于改善患者的治疗效果和生活质量。

关键词：脊柱转移癌脊柱机器人自主置钉微创手术

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高抗冻明胶水凝胶的制备及性能研究

高抗冻明胶水凝胶的制备及性能研究

作者：刘润朋齐鲁工业大学

学位级别：硕士

明胶具有来源广泛、生物可降解、良好的生物相容性以及出色的胶凝性等特性,是一种理想的水凝胶材料。然而,传统的明胶水凝胶通常含有大量的水,当环境温度低于零摄氏度时,明胶水凝胶呈现脆性。这主要归因于在低温下水分子间的强氢键作用... 详细信息

明胶具有来源广泛、生物可降解、良好的生物相容性以及出色的胶凝性等特性,是一种理想的水凝胶材料。然而,传统的明胶水凝胶通常含有大量的水,当环境温度低于零摄氏度时,明胶水凝胶呈现脆性。这主要归因于在低温下水分子间的强氢键作用促使水分子发生有序排列,形成了稳定的冰晶态,这极大地限制了其应用范围。本文首先考察了明胶体系中水分子的状态及含量对蛋白质结构和性能的影响;其次,基于氢键作用利用深共晶溶剂（DES）制备了具有优异抗冻性能并兼具长期稳定性的明胶水凝胶,并对其结构-性能关系进行了研究;最后基于氢键与离子水合作用利用甘草酸（GL）、柠檬酸钾（KCit）与乙二醇制备了高抗冻明胶/甘草酸双网络水凝胶并对其结构与性能间的关系进行了探究。研究内容及结论如下:1、水分子的状态及含量对明胶结构与性能的影响:明胶体系中水分子的状态与其含量有关。当含水量低于临界含水量30%时,水分子只能以非冻结水形式存在。高于30%,水分子以非冻结水与可冻结水两种形式存在。在临界含水量以下,随着含水量的增加明胶的玻璃化转变温度（T）显著降低,当含水量高于该值时T趋于平稳。非冻结水分子与明胶分子链间能够形成氢键,起到增塑作用。此外,明胶的熔融温度（T）随含水量的降低而持续上升,无水明胶的平衡熔融温度与玻璃化温度分别约为495K与429K。当含水量低于13.4%时,非冻结水能够促进三股螺旋结构的形成,从而提高了明胶的力学强度。上述结果表明通过改变含水量可以实现生物大分子结构和性能的调控。2、基于氢键作用的抗冻明胶水凝胶的制备及性能研究:利用浸泡法基于氢键作用制备了具有优异抗冻性能的明胶水凝胶。DES的引入能极大地阻碍明胶水凝胶中冰晶的形成。实验表明即使在-80°C时,水凝胶仍然保持优良的柔韧性。此外,DES还能促进明胶分子链的聚集,形成三股螺旋结构,从而改善明胶水凝胶的力学性能。水凝胶还具有良好的稳定性,在室温下放置一周仍保持原有的形状、高透明性以及良好的柔韧性。3、基于氢键与离子水合协同作用的抗冻明胶/甘草酸双网络水凝胶的制备及性能研究:首先利用明胶与甘草酸制备了双网络水凝胶,并考察甘草酸浓度对双网络水凝胶力学性能的影响。结果发现,GL可以形成纳米纤维网络,并与明胶形成双网络结构,极大地改善了明胶水凝胶的力学强度和韧性。然而,过高的GL浓度则会使明胶与GL之间发生相分离,导致力学性能变差,由此确定了甘草酸的最佳浓度;在此基础上,将制备的双网络水凝胶浸泡在含有乙二醇的KCit水溶液中,基于氢键与离子水合协同作用制备了抗冻双网络水凝胶,并考察了乙二醇浓度对水凝胶抗冻性能的影响。结果发现,水凝胶的抗冻性能随着乙二醇浓度的增加而逐渐提高。当乙二醇浓度增加到50%时,水凝胶在-45°C下保存3天后,仍然保持良好的柔韧性并且能够进行弯曲折叠。此外,乙二醇的加入促进了明胶三股螺旋结构的形成,改善了水凝胶的力学性能,尤其是韧性得到显著提高。上述结果表明明胶基双网络水凝胶的抗冻性能以及力学性能可以通过氢键与离子水合作用的协同效应进行调控。

关键词：明胶水化作用氢键作用抗冻性能水凝胶

深度学习立体匹配算法及其在高分辨率场景下的应用研究

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深度学习立体匹配算法及其在高分辨率场景下的应用研究

作者：贺俊朋电子科技大学

学位级别：硕士

牡蛎壳复合微生物菌剂研发及其影响土壤微生态的研究

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牡蛎壳复合微生物菌剂研发及其影响土壤微生态的研究

作者：李欣朋齐鲁工业大学

学位级别：硕士

牡蛎是世界上养殖产量最大的海洋贝类之一,但牡蛎壳被当作废弃物堆积在沿海海岸严重污染生态环境,因此如何高效利用废弃牡蛎壳成为了重要的研究课题。球孢白僵菌(Beauveria bassiana)作为一种常见的虫生真菌不仅被广泛应用于各种害虫防... 详细信息

牡蛎是世界上养殖产量最大的海洋贝类之一,但牡蛎壳被当作废弃物堆积在沿海海岸严重污染生态环境,因此如何高效利用废弃牡蛎壳成为了重要的研究课题。球孢白僵菌(Beauveria bassiana)作为一种常见的虫生真菌不仅被广泛应用于各种害虫防治,且已有研究表明其对植物生长具有促进作用。本研究将煅烧后的牡蛎壳粉、球孢白僵菌孢子粉和生态甲壳素等复配成微生物菌剂,实验室阶段初步分析其对番茄的促生效果并明确最佳施用量,田间试验以最佳施用量根施葡萄,对葡萄果实理化性质和香气成分进行测定,分析葡萄根际土壤微生物群落的变化。以期通过施用牡蛎壳复合微生物菌剂提高果实品质、改善土壤微环境、减量化肥农药提供理论依据和实际指导。主要研究结果如下:1.将牡蛎壳分别在500、700、900、1100℃下煅烧2 h,通过扫描电子显微镜(SEM)观察煅烧后牡蛎壳粉结构并分析其理化性质。煅烧温度由500℃升至900℃牡蛎壳粉由粗糙的黑灰色逐渐变为细腻的灰白色,表面结构由光滑的微孔结构变为均匀分散的蜂窝状孔隙结构。当900℃煅烧时牡蛎壳粉p H值达到最高(9.82±0.06),且与1100℃时无显著性差异;900℃时氮、磷、钾释放程度达到最高,含量分别为:0.03%、0.092%、0.027%,但是随温度升高至1100℃时释放程度下降。综上,900℃煅烧的牡蛎壳粉结构及理化性质优于其他温度,因此将其用于后续复合菌剂的制备并探究牡蛎壳粉对土壤微生态的影响。2.利用牡蛎壳粉、球孢白僵菌孢子粉和生态甲壳素制备复合微生物菌剂,探究不同比例复合菌剂对番茄生长的影响。其中M6组(比例为2:1:2)表现优于其他处理组,相较于对照组(CK)叶绿素、根系活力、可溶性糖含量分别提高18.95%、12.48%和17.44%,可滴定酸含量降低21.21%。研究结果初步表明,复合菌剂对番茄有显著促生效果,且明确了复合菌剂的最佳施用量。3.以‘霞多丽’葡萄为供试作物,于牡蛎著名产地乳山市进行复合微生物菌剂田间试验,测定了成熟期葡萄的理化性质。复合菌剂施用组(Treat)的葡萄百粒重、可溶性固形物、果糖、总酚含量分别提高10.55%、8.50%、5.72%和12.78%,类胡萝卜素含量较CK提高8.71%,氨基酸总含量提高29.40%且显著优于CK,但对可滴定酸、苹果酸含量没有显著影响。Treat葡萄色差a*、b*值大于CK,施加复合菌剂后H值20的碱基比例均大于96%,序列中质量>30的碱基比例均大于91%,说明测序样本结果的可信度高。利用Alpha多样性分析样本,Treat土壤细菌和真菌的Chao1指数和Shannon均大于CK,说明施用牡蛎壳复合微生物菌剂后葡萄根际土壤微生物的多样性和丰度增大。微生物群落组成成分分析结果显示,土壤细菌群落的优势菌门有变性菌门、放线菌门、酸杆菌门、芽单胞菌门。Treat芽单胞菌门、变形菌门相对丰度较于CK分别提高17.86%、6.26%,放线菌门相对丰度降低23.68%,酸杆菌门变化不大。真菌群落的优势菌门有子囊菌门、担子菌门、被孢霉门、Fungi＿unclassified。Treat组Fungi＿unclassified相对丰度提高27.83%,被孢霉门、担子菌门相对丰度分别降低38.85%和10.85%,子囊菌门差异不显著。6.采用Metastats分析比较土壤细菌样本中的差异物种,Treat拟杆菌门、芽单胞菌门、匿杆菌门、硝化螺旋菌门、棒状杆菌门、疣微菌门的物种相对丰度与CK相比具有显著性差异。Lefse分析结果显示,Treat显著差异的物种多于CK,从生物标志物数量来看Treat细菌、真菌门水平显著差异物种均大于对照组。利用KEGG功能分析对细菌代谢、蛋白质序列比对等进行预测,结果显示施加复合菌剂后促进了细菌氨基酸、多糖、核苷酸等代谢,并促进了其他次生代谢物的生物合成,有效促进土壤微生物的细胞分裂及氮元素代谢等。综上,牡蛎壳复合微生物菌剂在番茄、葡萄两种植物生长、果实品质以及根际土壤微生物方面

关键词：牡蛎壳球孢白僵菌微生物菌剂土壤微生态

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基于刚柔耦合的摩托车车架强度与寿命分析

基于刚柔耦合的摩托车车架强度与寿命分析

作者：杨威朋重庆交通大学

学位级别：硕士

车架作为摩托车的核心部件,不仅要承受载荷,还要支撑和连接其他部件,其结构性能好坏直接影响摩托车的使用寿命及驾乘体验。因此,车架必须要有足够的强度和疲劳寿命才能满足其正常工作。针对传统多刚体模型仿真分析误差较大的问题,本文以... 详细信息

车架作为摩托车的核心部件,不仅要承受载荷,还要支撑和连接其他部件,其结构性能好坏直接影响摩托车的使用寿命及驾乘体验。因此,车架必须要有足够的强度和疲劳寿命才能满足其正常工作。针对传统多刚体模型仿真分析误差较大的问题,本文以某400CC摩托车为研究对象,建立基于柔性车架的多体动力学模型,对车架的强度和疲劳寿命进行分析,以提高车架的使用寿命。具体研究内容如下:(1)建立车架有限元模型。通过计算自由模态,获得车架的固有频率和模态振型,并与实验自由模态进行比较,结果表明,车架各阶模态的固有频率最大误差为5.1%,同时模态振型吻合度高,验证了车架有限元模型的正确性。借助Hyper Mesh对车架进行静态强度分析,结果表明,车架在水平弯曲、最大减速度和后轮受到冲击载荷三种工况下均满足强度设计要求。(2)建立整车刚柔耦合动力学模型。基于刚柔耦合动力学理论,通过模态综合法将车架进行柔性化处理,得到车架的模态中性文件(MNF)。根据实车三维数模和企业提供的相关性能数据,建立整车子系统模型。利用VI-Motorcycle软件,结合车架MNF文件,构建摩托车整车刚柔耦合多体动力学模型。(3)整车刚柔耦合模型验证。将车架视为柔性体,分别在凸块路面和飞坡路面下完成摩托车车架动态应力仿真分析,获得车架关键部位的应力分布情况。结合实际工况进行实车动态应力测试,并通过仿真结果与试验结果进行对比,验证刚柔耦合模型的准确性。为便于和台架试验结果进行对比分析,在VI-Motorcycle中构建连续凸块路面作为激励,仿真得到摩托车车架疲劳分析所需载荷谱。(4)摩托车车架疲劳寿命分析与改进。基于车架疲劳载荷谱、有限元分析结果和材料S-N曲线,进行车架疲劳寿命预测分析,得到车架疲劳破坏危险区域。通过计算分析,结果表明摩托车在行驶1.69万公里后原车架局部开始疲劳失效,与台架试验结果吻合,不能满足行业标准。为提高车架的疲劳寿命,对车架相对薄弱位置进行了结构改进。改进后的车架疲劳寿命局部最小值从1.69万公里增加到2.58万公里,满足行业标准要求,从而验证了改进方法的有效性。

关键词：摩托车车架刚柔耦合有限元应力测试疲劳分析

氧化钪(Sc_(2)O_(3))的热漫散射强度解析

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物理学报 2024年第6期73卷 193-200页

作者：王瑞刚刘泽朋香莲孙勇内蒙古民族大学物理与电子信息学院通辽028043

热漫散射分析在凝聚态物理和材料科学研究中具有巨大潜力与实用性.氧化钪(Sc_(2)O_(3))独特的物理化学性质,使其具有较高的研究和应用价值.在室温26℃下对Sc_(2)O_(3)进行了X射线衍射实验.其热漫散射强度呈明显的振动形状,将Sc_(2)O_(3... 详细信息

热漫散射分析在凝聚态物理和材料科学研究中具有巨大潜力与实用性.氧化钪(Sc_(2)O_(3))独特的物理化学性质,使其具有较高的研究和应用价值.在室温26℃下对Sc_(2)O_(3)进行了X射线衍射实验.其热漫散射强度呈明显的振动形状,将Sc_(2)O_(3)的全衍射背底强度方程展开,并计算热漫散射强度的理论值,直至计算到第14近邻原子(r为0.3816 nm)全衍射背底强度图谱.将理论值与实验值拟合,得到了最近邻原子至第7近邻原子所对应的原子间热振动相关效应值μ,最近邻原子到第7近邻原子距离r的值分别为0.2067,0.2148,0.2161,0.2671,0.2945,0.3229和0.3265 nm,所对应的原子间热振动相关效应值μ分别为0.64,0.63,0.62,0.61,0.60,0.58和0.57.研究发现Sc_(2)O_(3)热漫散射强度大小与原子的热振动密切相关,对热漫散射强度振动形状影响最大的是第7近邻原子Sc_(1)-Sc_(2)间的热振动相关效应μ,原子间热振动相关效应值μ对研究材料的力热性质提供很重要的参数,为下一步计算比热和原子间力常数打下基础,其对于材料的力热方面的用途与发展有着至关重要的作用.

关键词： Sc_(2)O_(3) 热漫散射原子间热振动相关效应值