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面向粒子图像测速的光流金字塔插值优化方法

光子学报 2024年第3期53卷 153-166页

作者：单良简娟熊俊哲施飞杨洪波楼晓颖孔明中国计量大学信息工程学院、浙江省电磁波信息技术与计量检测重点实验室杭州310018 中国计量大学计量测试工程学院杭州310018

提出了一种面向粒子图像测速的光流金字塔插值优化方法,可以减小重建角度误差和均方根误差,尤其是图像边缘部分的角度误差。使用该优化算法分别对单涡流、双涡流、DNS湍流粒子场进行速度场重建,得到三种流场的均方根误差和平均角度误差... 详细信息

提出了一种面向粒子图像测速的光流金字塔插值优化方法,可以减小重建角度误差和均方根误差,尤其是图像边缘部分的角度误差。使用该优化算法分别对单涡流、双涡流、DNS湍流粒子场进行速度场重建,得到三种流场的均方根误差和平均角度误差比优化前至少降低了15.96%和19.87%。搭建二维PIV实验系统,在待测流场中均匀撒入100μm的PSP粒子,进行旋转实验和注水实验,分别模拟涡流场和射流场,所提出的优化算法可以获得与常见算法流形一致的速度场。

关键词：粒子图像测速光流法均方根误差平均角度误差图像插值流体测量速度场重建

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基于多波长干涉的瞬态轮廓检测Mirau显微镜

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光子学报 2024年第1期53卷 57-65页

作者：龚玉婷吕鑫刘维孔明中国计量大学计量测试工程学院杭州310018

针对单波长Mirau干涉显微镜存在测量范围小和2π模糊等问题,提出了多波长Mirau偏振干涉显微镜,以实现微观轮廓的大动态范围测量的和表面粗糙度等显微结构的瞬态检测。系统利用R、G、B三个单色LED光源实现多波长干涉;利用彩色偏振相机获... 详细信息

针对单波长Mirau干涉显微镜存在测量范围小和2π模糊等问题,提出了多波长Mirau偏振干涉显微镜,以实现微观轮廓的大动态范围测量的和表面粗糙度等显微结构的瞬态检测。系统利用R、G、B三个单色LED光源实现多波长干涉;利用彩色偏振相机获取瞬态相移干涉条纹图,降低实时瞬态检测中复杂的环境扰动影响;利用线栅偏振片调节条纹对比度,满足不同被测对象的反射率检测要求。为验证系统方案的可行性,经过系统误差补偿校准后测量标称值为1.9939μm的标准微米台阶,结果与标称值的偏差约为5.4 nm。利用该方法与Wyko干涉仪对金刚石车削凸面反射镜表面微观轮廓和表面粗糙度进行测量,表面粗糙度测量结果均方根值偏差为3.7 nm,验证了该系统可实现高精度的大动态范围测量。

关键词：多波长干涉瞬态检测偏振成像 Mirau干涉显微镜误差校正

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共程Tolansky干涉圆环嵌套现象分析

光学学报 2024年第5期44卷 237-244页

作者：欧阳烨锋许子杰张宝武朱玲方振远罗贤欢孙怡中国计量大学计量测试工程学院浙江杭州310018

针对共程Tolansky干涉测量中出现的干涉圆环嵌套问题,基于多光束反射原理建立了分析模型,通过将MATLAB的仿真实验和实体双臂Tolansky干涉系统相结合的方式进行交叉验证,结果显示嵌套环确实是由光束在干涉分光镜和干涉反射镜之间来回反... 详细信息

针对共程Tolansky干涉测量中出现的干涉圆环嵌套问题,基于多光束反射原理建立了分析模型,通过将MATLAB的仿真实验和实体双臂Tolansky干涉系统相结合的方式进行交叉验证,结果显示嵌套环确实是由光束在干涉分光镜和干涉反射镜之间来回反射产生的多光束干涉造成的。由仿真和实验的验证显示可知,通过合理调整干涉分光镜的透射率、反射率和干涉反射镜的反射率可以对嵌套现象进行有效地抑制,为后续利用共程Tolansky干涉进行精密测量提供了理论和实验指导。

关键词：物理光学 Tolansky干涉共程干涉非定域圆环嵌套

基于轻量级对称CNN-Transformer的图像超分辨率重建方法

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模式识别与人工智能 2024年第7期37卷 626-637页

作者：王庭伟赵建伟周正华中国计量大学信息工程学院杭州310018 浙江财经大学数据科学学院杭州310018

针对现有基于Transformer的图像超分辨率重建方法存在参数量过大和训练成本过高等问题,提出基于轻量级对称CNN-Transformer的图像超分辨率重建方法.首先,利用权值共享设计对称CNN-Transformer模块,经由通道注意模块充分融合上、下分支... 详细信息

针对现有基于Transformer的图像超分辨率重建方法存在参数量过大和训练成本过高等问题,提出基于轻量级对称CNN-Transformer的图像超分辨率重建方法.首先,利用权值共享设计对称CNN-Transformer模块,经由通道注意模块充分融合上、下分支提取的信息,提高对局部特征和全局特征的捕获和利用.同时,通过深度可分离卷积并计算自注意跨通道的协方差矩阵,有效减少Transformer的参数量,降低计算成本和显存消耗.然后,引入HFERB(High-Frequency Enhancement Residual Block),进一步关注高频区间的纹理和细节信息.最后,探讨Transformer生成自注意时所需激活函数的选择,分析可知GELU激活函数能较好地促进特征聚合,提升网络性能.实验表明文中方法在保持轻量化的同时,能有效重建图像更多的纹理与细节.

关键词：图像超分辨率重建深度学习 Transformer 对称网络

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一种基于立体靶标定位的三维重建方法

计量学报 2024年第4期45卷 471-479页

作者：陈媛罗哉杨力江文松中国计量大学计量测试工程学院浙江杭州310018 中国计量大学信息工程学院浙江杭州310018

针对线激光传感器在特征信息匮乏引起的数据拼接误差较大的问题,提出了一种基于立体靶标定位的线激光数据拼接方法。通过双目立体视觉的空间几何约束构建靶标点库,实现立体靶标坐标系与线激光坐标系的位置标定;通过Canny边缘检测、亚像... 详细信息

针对线激光传感器在特征信息匮乏引起的数据拼接误差较大的问题,提出了一种基于立体靶标定位的线激光数据拼接方法。通过双目立体视觉的空间几何约束构建靶标点库,实现立体靶标坐标系与线激光坐标系的位置标定;通过Canny边缘检测、亚像素边缘提取、椭圆拟合等算法对圆形特征点进行识别定位;将采集的局部标志点与靶标点库进行同源点匹配,解算线激光传感器的实时位姿;采用坐标系转换将线激光初始坐标与全局坐标系进行统一,实现点云的三维重建。实验结果表明:靶标标定的平均绝对误差为0.078 mm,测量的标准件拟合平均偏差为0.127 mm,与三坐标测量机(CMM)对比,该方法的测量平均偏差为0.165 mm,与机器人定位拼接和深度相机测量结果对比,搭建的测量系统的平均测量误差和标准偏差较小,可以满足对复杂曲面的多角度实时扫描需求。

关键词：几何量计量三维测量立体靶标双目视觉标志点定位数据拼接误差

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一种室内弱纹理环境下的视觉SLAM算法

机器人 2024年第3期46卷 284-293,304页

作者：蔡显奇王晓松李玮中国计量大学机电工程学院浙江杭州310018

针对室内机器人在弱纹理环境下视觉SLAM(同步定位与地图构建)不鲁棒、不精确的问题,提出一种视觉惯性SLAM优化算法。首先,利用基于注意力机制的深度学习模块直接对相邻两帧图像进行特征匹配,结合传统特征检测方法,解决无法提取足够特征... 详细信息

针对室内机器人在弱纹理环境下视觉SLAM(同步定位与地图构建)不鲁棒、不精确的问题,提出一种视觉惯性SLAM优化算法。首先,利用基于注意力机制的深度学习模块直接对相邻两帧图像进行特征匹配,结合传统特征检测方法,解决无法提取足够特征点的问题;其次,建立相机深度置信模型,在计算相机帧间位姿变换关系前,引入空间点的深度置信概率来减小远距离特征的漂移误差;最后,将参与后端优化的所有匹配特征点的深度置信度作为动态鲁棒核函数的分段阈值,优化传统光束平差法,协调整体运动轨迹。实际场景实验表明,该算法在弱纹理环境下有明显的鲁棒性,相较于VINS-RGBD算法,该算法的绝对轨迹误差降低了50.38%,相对轨迹误差降低了85.75%。

关键词：视觉SLAM 弱纹理环境 RGB-D相机特征置信鲁棒核函数

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双闭环比值控制系统传感器故障诊断方法

兵工学报 2024年第4期45卷 1252-1263页

作者：王伽豪那文波刘志威昝琪王铮中国计量大学机电工程学院浙江杭州310018

双闭环比值控制系统由于主从回路滞后效应和闭环回路调节作用,使其故障诊断较为复杂。针对该系统传感器故障难以识别的问题,通过分析反映系统动态特性的实时数据,提出一种基于数据驱动的故障诊断方法。利用拉伊达准则标定检测阈值建立... 详细信息

双闭环比值控制系统由于主从回路滞后效应和闭环回路调节作用,使其故障诊断较为复杂。针对该系统传感器故障难以识别的问题,通过分析反映系统动态特性的实时数据,提出一种基于数据驱动的故障诊断方法。利用拉伊达准则标定检测阈值建立故障检测模型;利用传感器故障传播的滞后特性建立故障定位模型;利用突变故障的幅值特性建立了故障估计模型;利用故障调节动态过程的变化趋势建立了故障分离模型;通过在线数据标定获得了故障诊断动态模型。通过实验验证该方法的有效性和高精度。研究结果表明,所提方法适用于一般双闭环比值控制系统传感器的实时故障诊断,其中故障检测准确率可达98.5%,故障定位准确率可达98.5%,故障估计准确率可达99.28%,故障分离准确率可达98%。

关键词：传感器故障诊断双闭环比值控制系统数据驱动液位系统

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安全最优跟踪控制算法与机械手仿真

兵工学报 2024年第8期45卷 2688-2697页

作者：陈文杰崔小红王斌锐中国计量大学机电工程学院浙江杭州310018

为确保安全关键型系统在安全区域内运行并保持最佳性能,提出一种基于强化学习的安全最优控制跟踪算法。通过在评价函数中加入控制屏障函数,兼顾系统的安全性和最优性;通过在控制屏障函数中加入阻尼系数,指定其对评价函数的相对支配能力... 详细信息

为确保安全关键型系统在安全区域内运行并保持最佳性能,提出一种基于强化学习的安全最优控制跟踪算法。通过在评价函数中加入控制屏障函数,兼顾系统的安全性和最优性;通过在控制屏障函数中加入阻尼系数,指定其对评价函数的相对支配能力。引入强化学习的思想,实现系统动力学未知系统的安全最优跟踪控制,证明跟踪控制系统能在安全区域内能实现最优性和稳定性。利用二连杆平面机械手仿真验证所提算法的有效性,仿真实验结果表明:机械手末端位置被控制在安全范围内的同时,也实现稳定下的最优性能表现;仿真结果证明所提算法能实现系统状态安全下的最优的跟踪控制效果。

关键词：强化学习安全最优跟踪控制控制屏障函数阻尼系数

基于YOLOv8-S的偏光片表面缺陷检测算法

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计算机工程与应用 2024年

作者：盛威周永霞陈俊杰赵平中国计量大学信息工程学院

随着偏光片市场不断扩大，应用愈发广泛，对偏光片的生产要求也愈加严格。针对在偏光片表面缺陷检测中，存在缺陷形态复杂、小尺寸缺陷容易误检漏检的问题，提出一种基于YOLOv8-S偏光片表面缺陷检测改进算法。使用DCNv3替换主干网C2f模... 详细信息

随着偏光片市场不断扩大，应用愈发广泛，对偏光片的生产要求也愈加严格。针对在偏光片表面缺陷检测中，存在缺陷形态复杂、小尺寸缺陷容易误检漏检的问题，提出一种基于YOLOv8-S偏光片表面缺陷检测改进算法。使用DCNv3替换主干网C2f模块中的普通卷积，同时结合EMA注意力机制，构建DEC2f特征提取模块，提升主干网对复杂缺陷的特征提取能力。基于特征细化模块构建轻量跨尺度特征细化融合模块（LCFRFM），提升通道净化能力并降低参数量，有效跨尺度融合主干网浅层特征。引入ConvMixer Layer构建CMC2f预测头，更大的预测视野带来更强的小尺寸缺陷检测能力。使用SIoU替换CIoU作为边界框回归损失函数，使用AdamW替换SGD作为网络训练时的优化器，提升检测精度和训练收敛速度。实验结果表明，本文算法相比YOLOv8-S在mAP50和mAP50:95上分别提升了2.4%和2.9%，证明了本文算法的有效性。

关键词：偏光片表面缺陷检测特征提取跨尺度特征融合 YOLOv8