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基于距离变换的稠密点云配准算法

光电子·激光 2025年

作者：任思宇陈晓冬汪毅蔡怀宇天津大学精密仪器与光电子工程学院光电信息技术教育部重点实验室

点云配准在计算机视觉领域有着关键作用，涵盖三维重建、目标识别及机器人导航等多个领域。当前传感器技术的进步使得稠密点云数据的获取更为容易，模型几何细节也更加精确。然而，稠密点云的处理面临诸多挑战，如计算复杂、效率低下等... 详细信息

点云配准在计算机视觉领域有着关键作用，涵盖三维重建、目标识别及机器人导航等多个领域。当前传感器技术的进步使得稠密点云数据的获取更为容易，模型几何细节也更加精确。然而，稠密点云的处理面临诸多挑战，如计算复杂、效率低下等。本文针对此提出一种基于距离变换的稠密点云配准算法。该算法首先通过距离变换技术对源点云和目标点云进行投影，获取不同视角下的距离变换图。接着以两图差异作为目标函数，利用梯度下降算法优化点云间的变换关系，经多次迭代实现准确对齐。在 Stanford 3D Scanning 数据集上的实验显示，本算法在处理稠密点云时精度高、速度快，配准数十万点云仅需约 2 秒，误差小于 0.3°和 0.5mm，具有广阔的应用前景。

关键词：几何处理点云配准刚性变换距离变换图

基于K-SVD字典学习的超声流量计回波信号处理方法研究

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电子测量与仪器学报 2025年

作者：潘宁致李跃忠陈佳怡东华理工大学机械与电子工程学院

针对时差法气体超声流量计回波信号易受电路噪声、声学噪声以及环境噪声等外界不可避免的影响，导致回波信号的起点段信号扭曲、信噪比低，而难以精确确定回波信号到达时间点的问题，提出基于K-SVD字典学习降噪的回波信号到达时间点的... 详细信息

针对时差法气体超声流量计回波信号易受电路噪声、声学噪声以及环境噪声等外界不可避免的影响，导致回波信号的起点段信号扭曲、信噪比低，而难以精确确定回波信号到达时间点的问题，提出基于K-SVD字典学习降噪的回波信号到达时间点的精确定位方法，从而提高超声流量计的检测准确度。通过OMP算法将提取到的多组回波信号数据构造成的矩阵进行稀疏表示，再使用SVD完成字典的迭代更新，并通过控制变量法对字典大小和稀疏度两个参数进行优化，训练得到能够自适应提取回波信号特征的最佳字典学习模型，形成完备字典，从而重构回波信号，达到消除信号起始时间段因噪声干扰而导致波形扭曲的目的。在临界流文丘利喷嘴法气体流量标准装置上进行的标定实验结果表明，未处理的回波信号直接使用阈值法定位到达时间点后计算得到的最终流量误差较大，而使用基于K-SVD字典学习降噪处理回波信号后能有效提高定位到达时间点的准确度，从而得到更加准确的流量信息，其中流量的高区示值误差由1.32%降至1.02%，重复度由0.154%降至0.054%;流量的低区示值误差由3.69%降至1.46%，重复度由1.152%降至0.126%，优化后的测量结果达到国家1.0级精度指标要求。

关键词：时差法气体超声流量计回波信号字典学习降噪到达时间点定位

基于ACE算法和图像逆滤波的高温数字图像相关测量方法

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光学学报 2025年

作者：王永红刘千山周江浔潘万林王标合肥工业大学仪器科学与光电工程学院合肥工业大学测量理论与精密仪器安徽省重点实验室

数字图像相关（DIC）技术已广泛应用于高温测量领域。然而由于高温环境的复杂性，存在许多限制高温DIC技术测量精度的因素，其中热辐射与热扰动较为典型。本文提出了一种基于ACE算法和图像逆滤波的高温数字图像相关测量方法，旨在提高高... 详细信息

数字图像相关（DIC）技术已广泛应用于高温测量领域。然而由于高温环境的复杂性，存在许多限制高温DIC技术测量精度的因素，其中热辐射与热扰动较为典型。本文提出了一种基于ACE算法和图像逆滤波的高温数字图像相关测量方法，旨在提高高温DIC的测量精度。首先，采用自动色彩均衡（ACE）算法处理高温下热辐射和类雾霾现象；其次，应用图像逆滤波恢复技术消除热扰动。最后进行1000℃下的图像去雾和热扰动消除实验。结果表明，该方法不仅能够在1000℃下获得高对比度的清晰散斑图案，还有效降低了高温测量中热干扰噪声影响，并将全场位移测量误差控制在5%以下，有效提升了高温DIC测量精度。

关键词：数字图像相关高温测量去雾逆滤波

飞秒光参量振荡器中非线性晶体的空间啁啾与角色散

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物理学报 2004年第7期53卷 2184-2190页

作者：马晶章若冰赵华军张伟力王清月天津大学精密仪器与光电子工程学院

对飞秒光参量振荡器的空间啁啾和角色散进行了理论计算和分析 .给出了在非线性晶体中的空间啁啾表达式 ,以及在BBO晶体Ⅰ类非共线相位匹配情况下 ,在角度调谐过程中非线性晶体包括角色散在内的二阶、三阶色散的解析表达式 ,并精确计算... 详细信息

对飞秒光参量振荡器的空间啁啾和角色散进行了理论计算和分析 .给出了在非线性晶体中的空间啁啾表达式 ,以及在BBO晶体Ⅰ类非共线相位匹配情况下 ,在角度调谐过程中非线性晶体包括角色散在内的二阶、三阶色散的解析表达式 ,并精确计算了角色散对其二阶、三阶色散的影响 .

关键词：飞秒光参量振荡器空间啁啾角色散二阶三阶色散

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动态光谱检测中的相移波形误差分析

光谱学与光谱分析 2007年第8期27卷 1506-1509页

作者：王焱李刚林凌刘玉良天津大学精密仪器及光电子工程学院

动态光谱提取自光电容积脉搏波,是与动脉血液信息高度相关的近红外光谱,可应用于动脉血液成分的无创检测,具有很好的临床应用价值。文章依据动态光谱检测理论,对检测过程中的相移波形误差进行了分析。人体正常生理活动可导致光电容积脉... 详细信息

动态光谱提取自光电容积脉搏波,是与动脉血液信息高度相关的近红外光谱,可应用于动脉血液成分的无创检测,具有很好的临床应用价值。文章依据动态光谱检测理论,对检测过程中的相移波形误差进行了分析。人体正常生理活动可导致光电容积脉搏波的周期、幅值和基线的不稳定。同时在动态光谱时域检测过程中,不同波长下检测到的脉搏波间存在一定的相位延迟。以上两个因素将导致不同波长对应的脉搏波之间存在一定的波形差异,从而使其频谱发生改变,在动态光谱中引入相移波形误差。文章对该相移波形误差进行了量化分析。结果表明,该误差与截取脉搏周期的矩形窗位置相关。通过精选矩形窗位置,可以将相移波形误差降低一个数量级。

关键词：动态光谱光电容积脉搏波 FFT 误差分析

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利用统计处理方法提高动态光谱的检测精度

光谱学与光谱分析 2007年第9期27卷 1669-1672页

作者：李刚刘玉良林凌王焱天津大学精密仪器及光电子工程学院天津300072

近红外光谱法成分检测因其检测方法的优越性,已成为生物医学领域的研究热点。目前国内外相关研究虽然广泛,可是还没有进入实际临床应用的报道。关键是现有检测方法中存在着个体差异,测量条件的影响,使光谱检测精度达不到要求,因此提高... 详细信息

近红外光谱法成分检测因其检测方法的优越性,已成为生物医学领域的研究热点。目前国内外相关研究虽然广泛,可是还没有进入实际临床应用的报道。关键是现有检测方法中存在着个体差异,测量条件的影响,使光谱检测精度达不到要求,因此提高检测精度是血液成分无创检测得以实现的关键。文章在最近提出的一种新的近红外血液成分检测方法-动态光谱法的基础上,利用传统的统计处理方法,通过剔除含有粗大误差的奇异点和多次测量统计平均来提高动态光谱检测精度。实验结果表明含粗大误差的奇异点剔除和多次测量统计平均能够提高动态光谱的检测精度。

关键词：动态光谱法粗大误差统计估值理论检测精度

动态光谱检测中血液散射对等效光程长变化的影响

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光谱学与光谱分析 2007年第1期27卷 91-94页

作者：王焱李刚林凌刘玉良李小霞天津大学精密仪器及光电子工程学院

动态光谱无创动脉血液成分检测方法,从原理上可以去除皮肤等因素带来的个体差异的影响。在使用该方法时,需要考虑血液散射的影响。采用蒙特卡罗模拟仿真方法,对人体指端脉动动脉血液的散射引起的等效光程长变化程度进行了研究,从误差分... 详细信息

动态光谱无创动脉血液成分检测方法,从原理上可以去除皮肤等因素带来的个体差异的影响。在使用该方法时,需要考虑血液散射的影响。采用蒙特卡罗模拟仿真方法,对人体指端脉动动脉血液的散射引起的等效光程长变化程度进行了研究,从误差分析的角度对通过动态光谱法测量血液成分浓度的下限进行了评估。

关键词：动态光谱蒙特卡罗散射等效光程长无创检测血液成分

基于光机混合扫描和图像拼接的光声显微成像系统

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光学学报 2025年

作者：林煜翔韩晓君李秀丰谭锦新吴涛峰刘成波徐智强中国科学院深圳先进技术研究院科学仪器研究所上海应用技术大学电气与电子工程学院

光声成像是一种新兴的医学成像方法，其中光声显微成像（PAM）以光声效应为基础，通过精细光学聚焦实现高横向分辨率的显微成像，在生物组织微血管与功能研究中展现出巨大潜力。然而，PAM在获取大尺度高分辨率图像时面临着成像速度慢的... 详细信息

光声成像是一种新兴的医学成像方法，其中光声显微成像（PAM）以光声效应为基础，通过精细光学聚焦实现高横向分辨率的显微成像，在生物组织微血管与功能研究中展现出巨大潜力。然而，PAM在获取大尺度高分辨率图像时面临着成像速度慢的挑战。为此，本文搭建了使用光机混合扫描技术的光声显微成像系统，自动采集若干个不同位置的图像块，以实现大尺度的图像采集。在此基础上，本文进一步开发了一种适用于光声显微血管图像的拼接方法，该方法能够克服血管复杂性和信号探测不均匀性带来的拼接难题。实验结果表明，该拼接成像方法不仅显著扩展了PAM的成像范围，同时保持了图像的高分辨率，横向分辨率达到2.89μm，即使在重叠率3%的情况下也能实现3.5mm×2.3mm碳纤维丝的准确拼接，有效限制条纹阴影。与传统OR-PAM成像技术相比，本文提出的方法在成像速度和精细呈现大尺度目标区域方面均表现出显著优势。

关键词：医用光学光声显微成像图像拼接光机混合扫描

准位相匹配铌酸锂波导倍频特性分析与优化设计

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物理学报 2002年第3期51卷 565-572页

作者：薛挺于建杨天新倪文俊李世忱天津大学精密仪器与光电子工程学院

用标量有限元方法计算了周期性极化的铌酸锂光波导中模折射率和模场分布 ,并在计算中引入铌酸锂晶体折射率与温度变化的关系 ,分析了准位相匹配铌酸锂波导倍频效率与极化反转光栅周期、基频光波长、波导器件温度等关系 .理论分析与实验... 详细信息

用标量有限元方法计算了周期性极化的铌酸锂光波导中模折射率和模场分布 ,并在计算中引入铌酸锂晶体折射率与温度变化的关系 ,分析了准位相匹配铌酸锂波导倍频效率与极化反转光栅周期、基频光波长、波导器件温度等关系 .理论分析与实验结果符合得很好 .在此基础上 ,分析了波导制作参数与倍频效率、光栅周期与晶体温度 ,以及温度带宽与光栅通光方向长度等关系 ,进而对铌酸锂波导倍频器件进行优化设计 .

关键词：铌酸锂光波导准位相匹配有限元倍频特性优化设计倍频器