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基于偏振的暗通道先验去雾研究

物理学报 2022年

作者：霍永胜中北大学，仪器科学与动态测试教育部重点实验室

基于暗通道先验去雾的图像增质方法在目标探测中表现良好，但其以光强信息为载体，光学维度单一的不足导致其目标表征效能下降。本文借助偏振对物理属性的敏感特性，提出在传统暗通道先验去雾方法中引入偏振信息来增强不同物体之间的辨...

基于暗通道先验去雾的图像增质方法在目标探测中表现良好，但其以光强信息为载体，光学维度单一的不足导致其目标表征效能下降。本文借助偏振对物理属性的敏感特性，提出在传统暗通道先验去雾方法中引入偏振信息来增强不同物体之间的辨识程度。研究了暗通道先验去雾方法中退散射与偏振探测的理论，并搭建机械式偏振滤波成像设备在雾天环境对所提方法的目标表征功能进行了实验验证。研究表明，基于偏振的暗通道先验去雾方法能够同时获取物体的光强与偏振信息，与传统暗通道先验去雾方法相比，利用目标与背景的偏振差异能够明显地提高二者对比度。此研究结果可以应用到现有的偏振成像仪器系统，实现实时的退散射与偏振信息提取，进一步提高雾天目标探测与表征的效率。

关键词：

基于结构相似度和鲁棒主成分分析的运动目标检测

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激光杂志 2023年

作者：杜延墨沈三民张炳玮中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室

运动目标传统检测方法只考虑图像的亮度或纹理等某一种特性，受特异值影响较大，对噪声比较敏感，鲁棒性也不够好，而且背景恢复精度不高。针对以上局限性，提出一种融合结构相似度（structural similarity，SSIM）全参考模型和鲁棒主... 详细信息

运动目标传统检测方法只考虑图像的亮度或纹理等某一种特性，受特异值影响较大，对噪声比较敏感，鲁棒性也不够好，而且背景恢复精度不高。针对以上局限性，提出一种融合结构相似度（structural similarity，SSIM）全参考模型和鲁棒主成分分析(robust principal component analysis，RPCA)的运动目标检测方法。此方法综合考虑图像的亮度、对比度和结构三种特性，不采用传统的背景减除法，而是把图像像素点的结构相似度作为度量来实现运动对象与背景的分离。实验结果表明，此方法准确率可达0.95，且F度量较传统运动目标检测算法平均提升0.15，总体上比传统方法更具优势。

关键词：运动目标检测背景恢复鲁棒主成分分析结构相似度

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金刚石NV色心系综内N核自旋测量与调控

微纳电子技术 2023年

作者：高研杰郭浩唐军中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室

金刚石内氮空位(NV)色心中的氮核自旋是一个原子级别磁结构,无法如同NV电子自旋一样在任意磁场下受光泵浦极化。随机指向的氮核自旋缩短了NV色心电子自旋的相干时间,限制了NV色心电子自旋的传感测量能力。通过激光、微波和射频脉冲共同... 详细信息

金刚石内氮空位(NV)色心中的氮核自旋是一个原子级别磁结构,无法如同NV电子自旋一样在任意磁场下受光泵浦极化。随机指向的氮核自旋缩短了NV色心电子自旋的相干时间,限制了NV色心电子自旋的传感测量能力。通过激光、微波和射频脉冲共同作用完成NV色心中氮核自旋的磁共振测量和调控,表明其可以被调控和初始化。研究结果表明,NV色心中的14N核自旋在2.79、4.95和7.11 MHz处具有共振信号。测量得到的核自旋系综Rabi信号在11个π脉冲的脉冲宽度射频作用后仍然具有明显相干性,而电子自旋系综在7个π脉冲的脉冲宽度微波作用后已经完全退相干,表明其具有远优于NV电子自旋的相干性质。引入单个π脉冲脉冲宽度的射频信号后,14N核自旋在一个态上的布居数降低了50%。这项工作可为在基于NV色心的传感测量应用中引入核自旋调控提升传感能力提供技术支撑。

关键词：金刚石氮空位(NV)色心光探测磁共振超精细耦合 N核自旋调控核自旋极化

AUV终端对接的单目视觉导引方法研究(英文)

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Journal of Measurement Science and Instrumentation 2024年

作者：王秋生齐向东薛晨阳刘丹王永华王景楠中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室

在水下复杂环境中高效回收自主潜水器（AUV）是一项重大的技术挑战。本文介绍了一种利用单目视觉检测和跟踪对接站上光环标识进行终端对接的方法。为了提高光源特征识别，本文改进了Canny边缘检测算法，采用自适应阈值方法动态调整光源... 详细信息

在水下复杂环境中高效回收自主潜水器（AUV）是一项重大的技术挑战。本文介绍了一种利用单目视觉检测和跟踪对接站上光环标识进行终端对接的方法。为了提高光源特征识别，本文改进了Canny边缘检测算法，采用自适应阈值方法动态调整光源轮廓，并在阈值最优时采用最小外接圆方法确定光源中心。此外，利用几何位置和面积约束消除水面反射的干扰。在视觉定位和跟踪方面，采用张氏标定法获取相机的内部参数和畸变参数，通过比较光环中心和图像中心来估计AUV的航向和俯仰偏差，然后利用位置-姿态PID控制器进行快速跟踪。水池实验结果表明，该方法简单实用，鲁棒性强，能够为未来水下机器人的可靠回收提供一定技术参考。

关键词： AUV 终端对接单目视觉位姿估计图像处理

基于复合振动能量采集器的自供电无线传感微系统研究

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机械工程学报 2021年第8期57卷 57-64页

作者：薛晨阳张浩凌崔娟刘丹崔丹凤郑永秋中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室太原030051

工业机械装备的在线实时状态监测和故障预警是保障工业生产安全、提高工业生产效率的重要手段。目前大多数机械装备的状态监测设备都存在体积大、功耗高的问题,并且依赖于电缆或化学电池供电,机动性、灵活性、环境适应性差。本文提出了... 详细信息

工业机械装备的在线实时状态监测和故障预警是保障工业生产安全、提高工业生产效率的重要手段。目前大多数机械装备的状态监测设备都存在体积大、功耗高的问题,并且依赖于电缆或化学电池供电,机动性、灵活性、环境适应性差。本文提出了一种基于复合振动能量采集器的高集成度自供电无线传感监测微系统,设计了压电-电磁-摩擦电三种发电方式复合的能量采集模块采集机械设备的振动能量,通过能源管理电路进行电能存储和整个系统供电。搭建了基于振动-温度高集成微纳传感芯片的环境信号采集及无线传输电路,并进行了低功耗电路设计。系统集成能源管理模块和传感电路模块后进行了采煤机状态监测测试。测试结果表明,该系统能够实时采集煤机装备的振动、温度信号并无线传输给上位机,同时也证明系统内的能量采集模块能够收集采煤机的振动能量并转换为电能带动传感电路模块工作,这将为工业物联网传感网络节点的自供电、无线化发展提供技术支持。

关键词：振动能量采集自供电传感监测无线传输能源管理

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一种自适应触发门限的冲击波测试系统

兵器装备工程学报 2023年第2期44卷 120-125页

作者：宋林丽马竹新王代华刘彬中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室太原030051

针对存储式冲击波测试系统在使用中低触发阈值设置不可靠和多点分布测试时频繁改变触发阈值的情况,研究了一种自适应触发门限的冲击波信号测试系统。该系统在分析门限设置与触发概率关系的基础上,采用FPGA作为主控制器,可在上电初始化... 详细信息

针对存储式冲击波测试系统在使用中低触发阈值设置不可靠和多点分布测试时频繁改变触发阈值的情况,研究了一种自适应触发门限的冲击波信号测试系统。该系统在分析门限设置与触发概率关系的基础上,采用FPGA作为主控制器,可在上电初始化中自动计算并设置低触发阈值,并结合触发数量积累,形成双门限,保证最大有效触发概率。另外系统采用SD Nand作为存储记录芯片,提高了现有存储式冲击波系统的采样带宽和储存效率。试验证明:该测试系统可稳定触发采集并存储爆炸场微弱冲击波信号,具有采样率高、储存容量大、触发可靠性高的特点。

关键词：冲击波奈曼-皮尔逊准则信噪比触发门限采集存储

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一种新型未爆弹探测传感器的仿真研究

传感技术学报 2022年第2期35卷 171-178页

作者：薄瑞张志杰陈昊泽中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室山西太原030051

位于地表和近地表的未爆弹通常种类多,分布情况复杂,危险性高,这严重阻碍了土地的开发和利用。在实际探测中未爆弹所产生的二次场十分微弱,探测困难,有效信息较少。针对此情况,设计了一种基于频域电磁法的新型未爆弹探测传感器,其激励... 详细信息

位于地表和近地表的未爆弹通常种类多,分布情况复杂,危险性高,这严重阻碍了土地的开发和利用。在实际探测中未爆弹所产生的二次场十分微弱,探测困难,有效信息较少。针对此情况,设计了一种基于频域电磁法的新型未爆弹探测传感器,其激励线圈与接收线圈剩余耦合低,具有较好的灵敏度和稳定性。对此电磁传感器进行了有限元分析,结果表明,该传感器可以对不同深度的未爆弹进行精确的水平方向定位,并且可以对深度1.5 m以内的目标实现准确的竖直方向定位。实验表明传感器对1.6m深的目标有着清晰的响应,同时验证了竖直定位方法的可行性。

关键词：未爆弹频域电磁法剩余耦合电磁传感器有限元分析

细胞电拉伸方法的优化和阿霉素对白血病NB4细胞的硬度影响分析（英文）

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生物化学与生物物理进展 2018年第3期45卷 363-374页

作者：白国花王文玺谭秋林中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室

研究表明,细胞的变形能力能够作为一个有效的生物标志,用来指示疾病的发展状况.由于细胞异质性的障碍,发现利用已报道的实验条件对新细胞进行电拉伸很困难.本论文中,一种基于介电泳-微流控的细胞电拉伸方法得到优化,并利用此优化方法进... 详细信息

研究表明,细胞的变形能力能够作为一个有效的生物标志,用来指示疾病的发展状况.由于细胞异质性的障碍,发现利用已报道的实验条件对新细胞进行电拉伸很困难.本论文中,一种基于介电泳-微流控的细胞电拉伸方法得到优化,并利用此优化方法进行了阿霉素对白血病NB4细胞硬度影响的调查.首先,用于细胞捕获的正向介电泳(pDEP)方法被优化和证实.结果指出,如果细胞缓冲液的电导率足够地低,低至细胞的截止频率能够出现,同时,电场的频率被调至高低截止频率范围之间时,细胞的pDEP效应容易实现.其次,系统地讨论了影响细胞变形量的三个参数.结果指出,细胞缓冲液的电导率低于细胞质的电导率是细胞电变形的先决条件,此外,增大电压或减小频率也能促使细胞变形.最后,借助优化的细胞电拉伸方法,调查了细胞机械特性和细胞功能变化之间的关系.结果表明,阿霉素使NB4细胞产生凋亡而变硬.总之,本文提出了一种新的细胞电拉伸方法,以便对细胞的变形能力进行简单有效的检测.

关键词：电拉伸微流控细胞硬度正向介电泳截止频率

基于PVDF-TrFE薄膜的柔性自供电传感器

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仪器仪表学报 2018年第7期39卷 42-48页

作者：郭雪培侯晓娟杨玉华李修丞丑修建中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室

柔性电子器件是人工智能、智慧医疗和可穿戴电子的重要组成部分,传统的柔性电子器件在为产品供电方面主要途径为更换电池或外接电源,这种方式给使用者带来诸多不变,因此可自主供电的电子器件成为当前科学研究热点。以PVDF-TrFE薄膜作为... 详细信息

柔性电子器件是人工智能、智慧医疗和可穿戴电子的重要组成部分,传统的柔性电子器件在为产品供电方面主要途径为更换电池或外接电源,这种方式给使用者带来诸多不变,因此可自主供电的电子器件成为当前科学研究热点。以PVDF-TrFE薄膜作为功能层,设计并制备了可自主供电的柔性传感器,利用X射线衍射分析、电滞回线分别表征了压电薄膜的晶体结构和铁电性,通过仿真分析、理论计算和周期性弯曲-拉伸测试探索了传感器响应特性的影响因素和规律,证实传感器响应输出随其弯曲曲率和移动速率的增加而增大,最大开路电压和短路电流分别可达10 V和0.15μA,传感器可作为人体运动传感器的原型,通过人体关节活动产生能量并可检测此关节处的变化幅度,为其在柔性电子器件上的应用提供了借鉴。

关键词： PVDF-TrFE 自供电柔性传感器