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光纤通信技术在光电经纬仪上的应用

光纤通信技术在光电经纬仪上的应用

作者：徐东亮中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）

学位级别：硕士

光电经纬仪是应用于靶场的大型光电测量设备，用于跟踪、测量空间目标信息、为了改进光电经纬仪导电环对所传输信号带来的各种性能损伤以及体积大带来的系统限制等缺欠，提出了采用光纤通信取代导电环的方案。本论文是基于复杂可... 详细信息

光电经纬仪是应用于靶场的大型光电测量设备，用于跟踪、测量空间目标信息、为了改进光电经纬仪导电环对所传输信号带来的各种性能损伤以及体积大带来的系统限制等缺欠，提出了采用光纤通信取代导电环的方案。本论文是基于复杂可编程逻辑器件实现的对于视频和数据通讯信号的电时分复用，以及为解决单纤双向通信采用的光波分复用。并对光万向连接部分的解决提出了具体的可行方案。全文共分五章，前两章介绍了光电经纬仪的大体结构，视频以及光纤通信的一些与本设计有关的背景知识。第三章比较详细的介绍了单路PAL制式视频的光纤通信系统的具体电路设计，并给出了经调试后的视频输出、输入波形对比图。第四章提出了多路视频、数据光纤通信的设计方案并详细介绍了多路视频、数据通讯信号的光纤通信系统的电路设计，重点阐述了视频2：1和数据的16：1时分复用部分，采用VHDL语言和原理图相结合的方法详细说明了定时提取和帧同步部分的具体实现，并给出了软件仿真和实际测试结果，并对高频信号的传输线效应、混合信号PCB和电路板的电磁兼容性等做出论述。第四章最后提出了光万向连接器的具体实现方案，并给出理论分析。第五章总结全文并对下一步的工作提出展望。经过调试，图像质量和数据传输误码率能较好的满足经纬仪实时性以及各种指标的要求。

关键词：视频光纤通信 CPLD 复用波分复用

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基于闪存的大容量图像存储器的研究

基于闪存的大容量图像存储器的研究

作者：李敏洁中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）

学位级别：硕士

随着科技的发展,尤其是航天航空技术的发展,对图像存储设备的存储速度、容量、功耗、可靠性要求也越来越高,如何开发出高质量的图像存储设备,实时快速地存储大量高速图像数据是本论文研究的关键问题。大容量图像存储器经历了由磁记录... 详细信息

随着科技的发展,尤其是航天航空技术的发展,对图像存储设备的存储速度、容量、功耗、可靠性要求也越来越高,如何开发出高质量的图像存储设备,实时快速地存储大量高速图像数据是本论文研究的关键问题。大容量图像存储器经历了由磁记录器到固态存储器的转变过程,固态存储器由于不需转动部件、体积小、存取灵活等优点,逐步取代了磁记录器成为图像存储器的主流技术。闪存(Flash Memory)具有非易失性、功耗低、单位存储密度大等优点,正逐步成为固态存储器的首选存储介质。本文采用闪存做为存储介质,设计基于闪存的大容量图像存储系统,详细介绍了硬件和软件的设计。整个系统由数据输入模块、存储器控制器、Flash阵列和数据输出模块组成,设计为三个印制电路板,板与板之间采取层叠式结构组合,即便于调试又减小了物理尺寸。采用了CCD相机常用的Camera-Link接口技术,便于和常用的CCD相机设计接口,具有很好的通用性;采用USB2.0接口和计算机连接,使用方便,具有较高的数据传输速度。为解决闪存器件存储速度慢、不能满足高速应用场合的需求,采用并行总线技术(High-Band-Buses)和流水线技术(Pipeline),提高系统的存储速度,使其能满足高速应用场合的需求。为解决闪存器件由于工艺原因存在无效块,而无效块的可靠性不能得到保证,采用冗余设计方案,提高系统的可靠性。整个系统的存储空间为32Gbits;试验证明,存储速度最高可达352Mb/s,可以满足对存储速度有较高要求的场合;读出速度最高达290Mb/s,具有较高的数据传输速度。

关键词：图像存储闪存阵列并行总线技术流水线技术冗余设计

基于手眼视觉的合作目标特征点精确定位算法研究

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基于手眼视觉的合作目标特征点精确定位算法研究

作者：王林波中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)

学位级别：硕士

机械臂是国际空间站的重要组成部分，可以辅助宇航员完成多项外太空精确操作任务，例如空间目标的识别、跟踪和抓取。机械臂手眼视觉系统能够通过处理相机获取的目标图像，对空间合作目标的位置和姿态进行准确的测量。随着空间技术的不... 详细信息

机械臂是国际空间站的重要组成部分，可以辅助宇航员完成多项外太空精确操作任务，例如空间目标的识别、跟踪和抓取。机械臂手眼视觉系统能够通过处理相机获取的目标图像，对空间合作目标的位置和姿态进行准确的测量。随着空间技术的不断发展，对于空间目标定位的精度要求也越来越高。而置于合作目标上的靶标的特征点的定位精度则直接影响目标的位姿测量精度。因此，研究手眼视觉系统对于合作靶标特征点的精确定位算法，具有十分重要的研究意义。合作靶标特征点的中心定位算法大致分为三步。第一步，在合作目标图像中识别出靶标区域。第二步，在图像的靶标区域中识别计算目标位姿所需的特征点。第三步，对识别的靶标特征点进行中心定位。本文对后两个阶段的靶标特征点的识别和中心定位算法进行了深入的研究。本文首先介绍了基于手眼视觉的合作目标位姿测量的基本原理，并通过实验验证了靶标特征点的中心定位精度对于目标位姿测量精度的重要性。然后对于现有的点目标中心定位算法进行了分析，并通过实验进行对比分析发现，传统的点目标中心定位算法中，常用的边缘检测算子易受噪声的干扰，导致检测的边缘不准且不连续，对于标志点中心定位的精度造成影响。针对这个问题，本文提出了一种基于几何特征的圆形标志点中心定位算法。该算法首先将自适应阈值分割法与质心法相结合，对点目标进行圆心粗定位，之后利用粗定位的圆心和半径对Canny算子边缘进行半径约束，以消除孤立点和噪声点。再根据理想的圆成像后边缘点分布的几何特征和链接规律，采用一种基于分区原理的方法获取标志点的理想边缘。最后，相继采用Zernike正交矩和最小二乘椭圆拟合进行亚像素定位和中心定位。实验结果表明，该方法的定位精度（三倍标准差表示）可以达到0.0711像素，算法的运行时间为2～3ms，基本满足测量系统对于圆形标志点中心定位在精度、稳定性和实时性上的要求。鉴于空间光照的复杂性，手眼视觉系统获取的图像处理过程易受光照不均匀和点目标残缺等问题的干扰，此时点目标中心定位算法中的粗定位过程不宜再采用阈值分割方法。本文在介绍了靶标区域识别算法之后，提出了一种利用靶标的结构特征和特征点之间的位置关系提取特征点的方法，然后在点目标的粗定位阶段提出采用迭代最小二乘拟合方法，在拟合的过程中不断的去掉“非法点”，然后利用对称原理完整化边缘实现边缘的粗定位。该方法经实验证明，能够在光照不均匀和目标残缺的情况下对靶标特征点进行精确的定位。

关键词：手眼视觉位姿测量中心定位几何特征迭代最小二乘拟合光照不均匀

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数控机床数字孪生建模技术及智能应用研究

计算机集成制造系统 2024年第3期30卷 825-836页

作者：孙雪皓张凤丽周正飞王金江黄祖广薛瑞娟中国石油大学(北京)机械与储运工程学院北京102249 通用机床工程研究院有限公司北京100102

数控机床作为制造业的基础装备,正朝着高速度、高精度、高柔性和高智能化的方向发展。针对智能制造中数控机床虚拟调试、健康管理、性能评估等智能化的需求,建立面向智能应用的数控机床数字孪生实现框架,提出基于几何、物理和数据模型... 详细信息

数控机床作为制造业的基础装备,正朝着高速度、高精度、高柔性和高智能化的方向发展。针对智能制造中数控机床虚拟调试、健康管理、性能评估等智能化的需求,建立面向智能应用的数控机床数字孪生实现框架,提出基于几何、物理和数据模型的数字孪生多领域建模流程,研究数字孪生模型构建过程中的关键赋能技术;构建多层分级数控机床数字孪生功能实现框架,推动数控机床数字孪生智能应用实施;基于工业互联网架构开发数字孪生数控机床应用系统,利用物理空间的数据信息,在虚拟空间构建数控机床孪生模型,建立性能测评、健康管理、虚拟调试等智能应用服务模块,实现数控机床数字孪生的智能应用,提高数控机床智能化水平。

关键词：数控机床数字孪生多领域建模智能应用

基于辐射亮度反演的TDI CCD相机的响应非均匀性校正

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液晶与显示 2011年第3期26卷 379-383页

作者：全先荣李宪圣任建伟刘则洵叶钊万志中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 中国科学院研究生院北京100039

分析了TDI CCD的各种噪声,重点研究了响应非均匀性和固定图形噪声对成像质量的影响,通过辐射亮度反演的方法对响应非均匀性进行了校正。实验结果表明,该校正方法能够有效去除响应非均匀性造成的条纹,得到清晰的图像。

关键词：辐射亮度反演非均匀性校正 TDICCD相机辐射定标

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星载FPGA混合时钟域设计

电子技术应用 2010年第12期36卷 42-44,47页

作者：黄良韩诚山文明中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 中国科学院研究生院北京100039

设计了以XC2V3000为核心处理芯片的星载FPGA系统的涵盖高速、中速、低速和甚低速的混合时钟域,对混合时钟域可靠性设计中的关键问题,如资源降额、时序冗余、布局布线等,做了深入研究,提出了基于全局时钟网络、时钟鉴相、FIFO缓冲的多时... 详细信息

设计了以XC2V3000为核心处理芯片的星载FPGA系统的涵盖高速、中速、低速和甚低速的混合时钟域,对混合时钟域可靠性设计中的关键问题,如资源降额、时序冗余、布局布线等,做了深入研究,提出了基于全局时钟网络、时钟鉴相、FIFO缓冲的多时钟同步设计解决方案,并在实际工程中验证了方案的可行性和可靠性。

关键词：星载系统混合时钟域时钟可靠性同步设计

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一种航空/航天相机输片机的结构设计及分析

一种航空/航天相机输片机的结构设计及分析

作者：白彦辉中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）

学位级别：硕士

航空／航天相机是实现空间对地观测的重要手段之一，受到世界各国的普遍高度重视。航空／航天相机一般由镜头、机身、快门、输片机、相机控制系统等部分组成，其中作为成像的重要组成部分之一的输片机构，它要求载片量大、工作循环时间... 详细信息

航空／航天相机是实现空间对地观测的重要手段之一，受到世界各国的普遍高度重视。航空／航天相机一般由镜头、机身、快门、输片机、相机控制系统等部分组成，其中作为成像的重要组成部分之一的输片机构，它要求载片量大、工作循环时间短，高可靠性的工作，因此输片机构的优劣直接影响到整个相机的工作性能及功用，合理设计开发高品质的输片机构具有非常重要的意义。本文的目的是探讨一种适用于航空／航天相机的定量间歇输片机构的设计及分析。本文以某型高级航天相机的输片系统为研究对象，从结构设计的角度出发探讨了带有张力控制的定量间歇式输片机构的设计与分析，介绍了定量间歇输片系统的结构设计及恒定张力控制系统的结构设计。从胶片传输路线中的定量输片机构的供片量片辊和收片量片辊的运动特性出发，分析胶片的运动特性，研究了输片力的变化规律，以此为依据进行了张力感测与张力控制机构的运动分析。结合设计对输片机构进行精度分析，并通过实验加以验证;同时阐述了防止划片的技术措施。最后的跑片试验及动、静态照相试验验证了该输片机构的设计合理、可靠性高。本文对航空／航天相机输片机的结构设计及分析有一定的应用参考价值。

关键词：输片系统定量间歇量片张力控制供、收片系统输片齿轮

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基于计算光学的简单透镜成像技术

基于计算光学的简单透镜成像技术

作者：郝建坤中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)

学位级别：硕士

现代成像光学系统一般通过增加光学元件数量、引入非球面甚至自由曲面来消除系统像差,提高像质。这将导致光学系统复杂度增加,系统加工难、造价高,并且受装调、工艺、重量等因素的限制。在保证系统成像质量的前提下,为简化光学系统复杂... 详细信息

现代成像光学系统一般通过增加光学元件数量、引入非球面甚至自由曲面来消除系统像差,提高像质。这将导致光学系统复杂度增加,系统加工难、造价高,并且受装调、工艺、重量等因素的限制。在保证系统成像质量的前提下,为简化光学系统复杂度,提出基于计算光学的简单透镜成像技术。将光学与飞速发展的计算机技术相结合,通过图像处理技术对简单透镜系统所成模糊图像进行复原,重构清晰图像,提高像质。传统图像复原法大多基于光学系统点扩散函数空间不变的假设上,实际光学系统由于像差的影响,点扩散函数随视场的变化而变化。本文基于空间变化的PSF,对现有的稀疏先验去卷积算法进行改进,提出可变参数的稀疏先验非盲去卷积算法,并对图像进行复原。文章的主要内容为:首先,对光学系统点扩散函数空间变化特性进行分析,提出两种空间变化PSF获取方法:一种在进行光学系统设计过程中,提取系统空间变化PSF并进行算法预处理,保留有效信息;第二种通过仪器测量光学系统的LSF,根据PSF与LSF、MTF三者之间的关系,通过算法进行计算,最终利用插值拟合的方式得到整幅图像空间变化的PSF。其次,将模糊图像重叠分块,每个子图像块用不同的PSF对其去卷积进行重构。自然图像梯度满足稀疏分布,在去卷积算法中引入稀疏先验作为正则项,并将代表图像梯度稀疏度的参数作为可变值,利用迭代重加权最小二乘法(IRLS),在迭代过程中使复原图像梯度分布更趋近于真实值,同时避免图像过度平滑。采用重叠分块复原的方法,能够有效减小图像拼接处的振铃效应,并在图像融合时对图像重叠区域使用图像平均处理法,使图像更加平滑。最后,为验证算法的有效性,对简单透镜系统进行数字仿真实验。搭建实验平台,测量单透镜空间变化PSF,并对其模糊图像进行复原,重构出清晰图像,进一步验证了基于计算光学提高简单透镜成像像质算法的有效性。实验结果表明,本文提出的算法对简单透镜光学系统所成图像有较好的复原效果,其像质得到提升。

关键词：计算光学图像复原简单透镜成像空间变化PSF 去卷积

LabVIEW环境下多路气体检测系统的设计

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仪表技术与传感器 2013年第4期 37-40页

作者：赵越朴仁官王鹤续志军中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 中国科学院研究生院北京100049

为了实时监测环境中的CO和O2浓度,设计了一种基于LabVIEW的多路气体检测系统。该检测系统通过电化学传感器采集气体浓度信息,C8051F020完成信号的A/D转化和电化学传感器的温度补偿,并将多通道数据通过串口发送到上位机。上位机使用LabV... 详细信息

为了实时监测环境中的CO和O2浓度,设计了一种基于LabVIEW的多路气体检测系统。该检测系统通过电化学传感器采集气体浓度信息,C8051F020完成信号的A/D转化和电化学传感器的温度补偿,并将多通道数据通过串口发送到上位机。上位机使用LabVIEW进行编程,从而实现数据的采集、处理、分析、显示、保存及自校准标定功能。该系统具有检测精度高、结构简单、检测方便、界面友好等特点。

关键词： LabVIEW 电化学传感器 CO检测 O2检测