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成像参数对大深度物体聚焦形貌恢复的影响

光学学报 2024年第8期44卷 150-159页

作者：夏晓华曹雨松向浩鸣袁述皓葛兆凯长安大学工程机械学院陕西西安710064

为探究成像参数对大深度物体聚焦形貌恢复精度的影响规律,明确实际应用中聚焦形貌恢复重建精度不满足要求时成像系统的改进措施,在构建聚焦形貌恢复三维重建精度评价指标的基础上,利用正交实验确定成像参数对聚焦形貌恢复精度影响的主... 详细信息

为探究成像参数对大深度物体聚焦形貌恢复精度的影响规律,明确实际应用中聚焦形貌恢复重建精度不满足要求时成像系统的改进措施,在构建聚焦形貌恢复三维重建精度评价指标的基础上,利用正交实验确定成像参数对聚焦形貌恢复精度影响的主次顺序,重点分析主要和次主要参数对重建精度的影响规律,并揭示最佳成像参数随多聚焦图像采样间距的变化关系。考虑到成像参数的变化实际通过改变系统景深影响聚焦形貌恢复精度,建立了多聚焦图像采样间距与最佳景深之间的经验公式,为系统成像参数的设定提供了理论依据。实验结果表明:焦距和F数是聚焦形貌恢复的主要和次主要影响参数,在给定多聚焦图像采样间距下存在使重建精度最高的最佳焦距和最佳F数,且随着采样间距减小,最佳焦距增大,最佳F数减小;多聚焦图像采样间距与最佳景深之间的经验公式拟合准确率为97.28%,验证准确率为94.76%,可用于最佳景深的计算;采用最佳景深能够显著提升聚焦形貌恢复精度,为大深度物体聚焦形貌恢复精度的提升提供了新途径。

关键词：机器视觉聚焦形貌恢复成像参数大深度物体重建精度

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基于自适应窗的动态权值代价聚合立体匹配

光子学报 2024年第8期53卷 272-286页

作者：吴福培刘宇豪王瑞李昇平汕头大学工学院机械工程系汕头515063

传统局部匹配算法通常在不同聚合窗口下采用单一权值进行代价聚集,而忽略了不同区域像素点之间的差异性,易导致基于双目视觉测量的立体匹配精度不稳定。为此,提出一种基于自适应窗的动态权值代价聚合立体匹配算法。首先,以梯度信息表征... 详细信息

传统局部匹配算法通常在不同聚合窗口下采用单一权值进行代价聚集,而忽略了不同区域像素点之间的差异性,易导致基于双目视觉测量的立体匹配精度不稳定。为此,提出一种基于自适应窗的动态权值代价聚合立体匹配算法。首先,以梯度信息表征模型为约束条件,构建代价聚合自适应十字交叉窗口。其次,分析视差不连续区域与弱纹理区域的像素特征,建立基于像素距离与色差双阈值权重的代价聚集模型,进而计算各窗口的动态权重影响因子。最后,基于线性迭代聚类法分割视差图区域,剔除奇异的视差值以提高算法匹配精度。实验结果表明,在Middlebury数据集的测试中,所提算法的平均非遮挡区域和全部区域的误匹配率分别为4.11%和5.65%,优于传统匹配算法;4组测量样品的全局长度测量平均相对误差小于1.2%,全局高度测量平均相对误差小于2.7%。实验结果检验了所提算法的有效性和可靠性。

关键词：机器视觉立体匹配自适应十字交叉聚合窗口动态权值超像素分割

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基于插值超分辨的双目三维重建方法

中国光学（中英文） 2024年第4期17卷 862-874页

作者：刘宇豪吴福培吴树壮王瑞汕头大学工学院机械工程系广东汕头515063

基于双目立体匹配重建物体表面三维形貌时,其匹配精度往往受限于传感器尺寸、镜头焦距和光源环境等物理条件。针对此问题,本文提出了一种基于插值超分辨的双目表面三维重建方法。首先,在图像预处理阶段,建立基于小波变换与双直方图均衡... 详细信息

基于双目立体匹配重建物体表面三维形貌时,其匹配精度往往受限于传感器尺寸、镜头焦距和光源环境等物理条件。针对此问题,本文提出了一种基于插值超分辨的双目表面三维重建方法。首先,在图像预处理阶段,建立基于小波变换与双直方图均衡融合的图像增强方法,克服传统双目视觉受限于复杂环境光干扰等问题;其次,构建基于拉格朗日与三次多项式插值的超分辨算法,提升图像像素密度,为双目匹配代价计算阶段增加图像细节,从而提高匹配精度;最后,基于SLIC算法对目标图像进行分割,并针对各分割区域分别做二次曲面拟合,进而获得与物体实际表面更为贴合的高度曲线,从而降低重建误差并可提高重建精度。实验结果表明:5组测量样品的全局高度测量平均相对误差为±2.3%,实验平均测量时长为1.8828 s,最大时长为1.9362 s,较传统方法有明显提升。实验分析结果验证了本文所提方法的有效性。

关键词：双目视觉三维测量插值超分辨超像素分割

基于多特征SAD-Census变换的立体匹配算法

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中国光学（中英文） 2024年第2期17卷 278-290页

作者：吴福培黄耿楠刘宇豪叶玮琳李昇平汕头大学工学院机械工程系广东汕头515063

视差不连续区域和重复纹理区域的误匹配率高一直是影响双目立体匹配测量精度的主要问题,为此,本文提出一种基于多特征融合的立体匹配算法。首先,在代价计算阶段,通过高斯加权法赋予邻域像素点的权值,从而优化绝对差之和(Sum of Absolute... 详细信息

视差不连续区域和重复纹理区域的误匹配率高一直是影响双目立体匹配测量精度的主要问题,为此,本文提出一种基于多特征融合的立体匹配算法。首先,在代价计算阶段,通过高斯加权法赋予邻域像素点的权值,从而优化绝对差之和(Sum of Absolute Differences,SAD)算法的计算精度。接着,基于Census变换改进二进制链码方式,将邻域内像素的平均灰度值与梯度图像的灰度均值相融合,进而建立左右图像对应点的判断依据并优化其编码长度。然后,构建基于十字交叉法与改进的引导滤波器相融合的聚合方法,从而实现视差值再分配,以降低误匹配率。最后,通过赢家通吃(Winner Take All,WTA)算法获取初始视差,并采用左右一致性检测方法及亚像素法提高匹配精度,从而获取最终的视差结果。实验结果表明,在Middlebury数据集的测试中,所提SAD-Census算法的平均非遮挡区域和全部区域的误匹配率为分别为2.67%和5.69%,测量200~900 mm距离的平均误差小于2%;而实际三维测量的最大误差为1.5%。实验结果检验了所提算法的有效性和可靠性。

关键词：机器视觉立体匹配 SAD-Census变换十字交叉法引导滤波

可控转速机匣起始位置对跨声速压气机转子流动稳定性的影响

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工程热物理学报 2024年第5期45卷 1341-1349页

作者：赵佳诣吴宛洋钟兢军上海海事大学商船学院上海201306 上海电机学院机械学院上海201306

机匣处理的几何结构参数将对其扩稳机制和扩稳能力产生影响。本文针对可控转速机匣中可转动环段的起始位置对跨声速压气机转子流动稳定性的影响开展数值研究。结果表明,当可转动环段的起始位置从叶顶尾缘开始逐渐向上游移动的过程中,可... 详细信息

机匣处理的几何结构参数将对其扩稳机制和扩稳能力产生影响。本文针对可控转速机匣中可转动环段的起始位置对跨声速压气机转子流动稳定性的影响开展数值研究。结果表明,当可转动环段的起始位置从叶顶尾缘开始逐渐向上游移动的过程中,可转动环段作用范围的扩展使叶顶流场处于逆压流动的范围扩大,通流条件恶化,但由于同时也降低了叶尖负荷,稳定工作的流量范围得以扩大。而当起始位置继续向上游移动至20%轴向弦长和叶顶前缘处时,可转动环段能够分别完成对泄漏涡破碎后流体和来流主流的轴向加速,降低激波/泄漏涡干涉强度的同时削弱了堵塞效应,转子流动稳定性得到有效改善,特别是当起始位置位于叶顶前缘时,稳定工作裕度提高了52.56%。

关键词：可控转速机匣起始位置跨声速压气机转子叶顶泄漏流流动稳定性

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门式起重机巡检机器人强风作业稳定性分析

安全与环境学报 2024年

作者：刘俊朱智雄上海电机学院机械学院

磁吸附爬壁机器人在代替人工完成造船门式起重机表面缺陷检查过程中，风载荷对机器人的影响不能忽视。以造船门式起重机和爬壁机器人为对象，对突发强阵风下门式起重机的风场特性、爬壁机器人风载稳定性进行了研究。采用计算流体力学（C... 详细信息

磁吸附爬壁机器人在代替人工完成造船门式起重机表面缺陷检查过程中，风载荷对机器人的影响不能忽视。以造船门式起重机和爬壁机器人为对象，对突发强阵风下门式起重机的风场特性、爬壁机器人风载稳定性进行了研究。采用计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）及流固耦合分析方法，结合现场实测数据，分析近海风场环境下门式起重机的风压风速分布特征并计算瞬态动力响应；之后，构建爬壁机器人力学稳定性分析模型，得到极限风载条件下的机器人最小磁吸附力阈值条件；最后，开展门式起重机–爬壁机器人风振稳定性分析。结果表明，该爬壁机器人在7级风及以下能够安全作业，并为未来同类型机器人提供吸附安全性设计依据。

关键词：安全工程爬壁机器人门式起重机计算流体力学(CFD) 现场实测

基于深度强化学习算法的纯电动矿用汽车再生制动策略研究

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工程科学学报 2024年第3期46卷 503-513页

作者：杨威威罗登昊张文明北京科技大学机械工程学院车辆工程系北京100083

以载重50 t纯电动矿用汽车为研究对象,提出了一种基于深度强化学习优化算法的再生制动回馈策略.首先建立了纯电动矿用自卸车的数学模型.随后提出了一种考虑载重和坡度变化的基于自动熵调节Soft actor-critic (SAC)和深度确定性策略梯度... 详细信息

以载重50 t纯电动矿用汽车为研究对象,提出了一种基于深度强化学习优化算法的再生制动回馈策略.首先建立了纯电动矿用自卸车的数学模型.随后提出了一种考虑载重和坡度变化的基于自动熵调节Soft actor-critic (SAC)和深度确定性策略梯度算法(DDPG)的能量管理策略.其中车速、加速度、车辆质量与道路坡度、动力电池荷电状态(SOC)及充放电倍率作为状态变量;变速箱挡位作为动作变量;动力电池SOC及电池寿命作为奖励函数.仿真结果表明,基于动态规划的控制策略和所提出的基于SAC算法与基于DDPG算法的优化控制策略回馈效率分别提高了18.15%、17.18%和16.63%,电池寿命分别提升了57.31%、56.87%和57.38%.最后通过比较两种基于深度强化学习算法策略的奖励曲线,可以看出与基于DDPG算法的控制策略相比,所提出的基于SAC的能量管理控制策略的收敛速度提升了166.7%.

关键词：纯电动矿用汽车再生制动电池寿命控制策略强化学习

蓝宝石衬底上的半极性面GaN基LED超快激光剥离

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发光学报 2024年第4期45卷 681-687页

作者：项文辞孙浩王思博周慧莲帅凌霄叶云霞张韵江苏大学机械工程学院光电信息科学与工程系江苏镇江212013

衬底导电性和导热性差一直是困扰生长于蓝宝石衬底上的GaN基LED的难题,利用激光剥离技术将蓝宝石衬底上的GaN基LED转移至其他衬底是解决该问题的有效方法之一。本文使用超快皮秒激光将生长于图案化蓝宝石衬底上的半极性面GaN基LED进行... 详细信息

衬底导电性和导热性差一直是困扰生长于蓝宝石衬底上的GaN基LED的难题,利用激光剥离技术将蓝宝石衬底上的GaN基LED转移至其他衬底是解决该问题的有效方法之一。本文使用超快皮秒激光将生长于图案化蓝宝石衬底上的半极性面GaN基LED进行衬底剥离,并成功转移至Si衬底,形成垂直结构的LED器件。利用SEM测试发现,当超快激光能量密度在1.3 J/cm^(2)附近可以有效分解蓝宝石和GaN交界层,且对器件产生最小负面损伤。拉曼光谱测试结果表明,剥离后的LED中GaN层的残余应力得到有效释放,从1.42 GPa降低为0.29 GPa。对制备的垂直结构LED进行I-V性能测试,5 V电压下正向电流由0.164 mA增大至0.759 mA,光致发光和电致发光性能均有增强。本文完成了蓝宝石衬底上的半极性面GaN基LED超快激光剥离的实验研究,为实现低损伤、高效率的转移技术的开发提供理论支撑,有望加速半极性面GaN基LED的发展与应用。

关键词： LED 超快激光图案化蓝宝石半极性面氮化镓

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人机协同装配多目标检测的改进YOLOv7算法

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机械科学与技术 2024年

作者：惠记庄丁凯长安大学工程机械学院

针对人机协同装配环境复杂多变且装配零件尺度差异大、部分零件相似度高的特征，为保证人机协作装配过程中机器人准确抓取装配零件，提出了一种改进的YOLOv7模型来提高装配场景中多零件目标检测效果。首先，采用ODConv（Omni-Dimensiona... 详细信息

针对人机协同装配环境复杂多变且装配零件尺度差异大、部分零件相似度高的特征，为保证人机协作装配过程中机器人准确抓取装配零件，提出了一种改进的YOLOv7模型来提高装配场景中多零件目标检测效果。首先，采用ODConv（Omni-Dimensional Dynamic Convolution）替换YOLOv7主干网络中的卷积层，使其能够自适应调整卷积核的权值，提取不同形状、大小的装配零件的特征。其次，在YOLOv7主干网络中引入SimAM（Selective Image Attention Mechanism）模块来减轻复杂多变的装配环境背景对零件检测准确率的影响。最后，使用Efficient-IOU替换原始的Complete-IOU来加速收敛，同时降低部分装配零件相似度高对检测准确率的影响。实验结果表明，该模型的平均准确率为93.4%，改进后的网络优于原始网络和其他目标检测算法。所提出的改进YOLOv7算法在保持高精度的同时具有较高的FPS，模型参数和计算量也相对较低，适合动态人机协同装配场景下实时目标检测要求。

关键词：人机协同装配 YOLOv7 注意力机制 E-IOU 装配零件检测多目标检测