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基于激光诱导击穿光谱与随机森林识别GCr15钢的硬度

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中国激光 2022年第9期49卷 189-198页

作者：李铸张庆永孔令华练国富李鹏福建工程学院机械与汽车工程学院福建福州350118 数字福建工业制造物联网实验室福建福州350118

通过热处理工艺制备了6种不同回火温度的GCr15钢样品,通过对样品的光谱特性进行分析,发现谱线强度的比值与样品的硬度之间存在线性相关性,并且这种相关性的大小与所选择的分析谱线有关。因此,提出将激光诱导击穿光谱与随机森林算法相结... 详细信息

通过热处理工艺制备了6种不同回火温度的GCr15钢样品,通过对样品的光谱特性进行分析,发现谱线强度的比值与样品的硬度之间存在线性相关性,并且这种相关性的大小与所选择的分析谱线有关。因此,提出将激光诱导击穿光谱与随机森林算法相结合的方法,对样品的硬度进行研究。利用两种特征选择方法建立了不同的随机森林模型,结果表明,当基于主成分分析选择特征时,所建立的随机森林模型不能对样品的硬度进行正确的识别,而当基于变量重要性提取特征时,所建立的随机森林模型能有效识别样品硬度,并且调节随机森林模型的参数可以使模型的性能得到进一步提高。研究结果表明,激光诱导击穿光谱与随机森林算法相结合是一种新颖的硬度测量技术,可以应用于工程中钢的性能评估。

关键词：光谱学 GCr15钢激光诱导击穿光谱光谱分析随机森林

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微型快照式窄带多光谱成像宫颈癌筛查方法

光谱学与光谱分析 2020年第1期40卷 157-161页

作者：易定容赵艳丽孔令华王文琪黄彩虹华侨大学机电及自动化学院福建厦门361021 福建工程学院机械与汽车工程学院数字福建工业制造物联网实验室福建福州350118

白光阴道镜图像对比度较低,不利于医生鉴别不同病变程度组织,也不利于自动化宫颈癌筛查。利用癌变组织富含血红蛋白成分及血红蛋白具有特征波段这一特性,与传统高光谱空间扫描成像及分时获取不同波段多光谱成像方法相反,利用快照式多光... 详细信息

白光阴道镜图像对比度较低,不利于医生鉴别不同病变程度组织,也不利于自动化宫颈癌筛查。利用癌变组织富含血红蛋白成分及血红蛋白具有特征波段这一特性,与传统高光谱空间扫描成像及分时获取不同波段多光谱成像方法相反,利用快照式多光谱窄带成像来加速光谱图像获取过程,提升不同病变程度组织之间灰度对比度同时,降低后续图像分析处理算法难度,实现对宫颈组织病变类型高帧率自动化分类。首先,使用微型快照式窄带多光谱摄像方法,在血红蛋白的两个强吸收峰(415±10)和(525±10) nm、一个反射带(620±10) nm和一个背景波段(450±10) nm共四个波段对宫颈组织进行快照式零时差获取四幅窄带光谱图像。而后,对所获取的光谱图像进行简单代数加减,以生成突显病变组织的融合图像,提高不同病变程度组织之间的对比度。最后,使用欧式距离分类算法,对光谱融合图像中不同病变级别进行分类,建立计算机辅助宫颈癌筛查方法。创新点在于实现了高帧率计算机辅助光学病理诊断方法。分别采用临床常规白光阴道镜及微型快照式窄带多光谱摄像对宫颈癌手术切下的新鲜组织进行彩色图像及光谱融合图像的高帧率采集,并使用同一个欧式距离分类算法对两种图像进行自动分类,分类结果都以组织病理诊断作为标准来计算正确率。通过对比两种分类结果正确率来检验光谱融合图像相对于彩色图像是否提升对比度,及其是否可以实现与组织病理诊断(金标准)结果一致的诊断。欧式距离分类算法对光谱融合图像分类准确率接近100%,远高于对白光阴道镜图像约50%的准确率。多位临床医生对基于微型快照式多光谱摄像头光谱融合图像的计算机自动分类结果表示接受。微型快照式窄带多光谱成像方法能有效提升光谱融合图像获取帧率及不同病变程度组织之间灰度对比度,能有效快速地将宫颈组织划分为与组织病理诊断结果一致的病变类型。由于诊断客观、无创伤、结果立等可得,该方法将有助于实现落后地区宫颈癌筛查的普及以及图像导航下的宫颈癌精准治疗手术。

关键词：宫颈癌筛查血红蛋白特征光谱快照式窄带多光谱成像图像对比度组织病变级别分类计算机辅助诊断

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窄带快照式多光谱成像色彩还原方法

光谱学与光谱分析 2021年第1期41卷 183-187页

作者：易定容孔令华赵艳丽杨子涵华侨大学机电及自动化学院福建厦门361021 福建工程学院机械与汽车工程学院&数字福建工业制造物联网实验室福建福州350118

由于兼具光谱分辨和空间分辨能力,快照式窄带多光谱成像在资源遥感、精准农业、医疗检测等领域将有广泛应用。由于该方法使用窄带成像来提高光谱分辨率及图像对比度,所获得的图像是灰度信息,失去了场景的色彩信息,不便专家对图像鉴别、... 详细信息

由于兼具光谱分辨和空间分辨能力,快照式窄带多光谱成像在资源遥感、精准农业、医疗检测等领域将有广泛应用。由于该方法使用窄带成像来提高光谱分辨率及图像对比度,所获得的图像是灰度信息,失去了场景的色彩信息,不便专家对图像鉴别、评价与赏析。已有的色彩还原算法主要针对光谱波段带宽较宽或者多个波段叠加基本覆盖整个可见光谱范围等两种光谱成像仪,不适合窄带多光谱成像方法的色彩还原。该研究适合于快照式窄带多光谱成像的色彩还原方法,提出建立窄带多光谱彩色相机的概念。首先,提出两种窄带多光谱色彩还原方法:(1)基于CIE色度系统三刺激值色的,(2)基于贝尔阵列插值算法的;其次,分别应用两种算法还原快照式窄带多光谱相机所获得的植物、手臂及宫颈组织等三种代表性场景窄带多光谱灰度图像;之后,计算并比较表征两种算法所得的代表性场景彩色图像的均值、方差、熵及梯度等表征图像质量的参数数值,确定出适合快照式窄带多光谱成像的色彩还原方法;最后,对所确定的色彩还原算法进行色偏校正。实验结果表明,基于CIE三刺激值色彩还原方法比贝尔阵列插值法更适用于窄带多光谱成像颜色复原。配合使用CIE三刺激值色彩还原方法及灰度图象校正算法,从窄带光谱成像所获得的植物、手臂皮肤及宫颈组织的灰度图像所还原出的近彩色图像逼近物体真实色彩,满足人眼观察习惯。介绍了仅覆盖可见光光谱范围30%的窄带多光谱图像进行色彩还原的方法,该方法证明快照式窄带多光谱成像可以兼具光谱分辨能力,同时保持可供人主观辨识的色彩信息。所提出实现快照式窄带多光谱彩色成像的方法,有望设计不同于传统RGB相机的彩色相机实施方案。

关键词：快照式窄带多光谱成像色彩还原方法 CIE三刺激值积分贝尔阵列插值窄带多光谱彩色相机

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基于激光重熔的不锈钢表面耐腐蚀性能研究

特种铸造及有色合金 2021年第8期41卷 995-1000页

作者：李鹏孔令华黄旭练国富杨金伟福建工程学院机械与汽车工程学院福州350118 数字福建工业制造物联网实验室

为了提高不锈钢的耐腐蚀性,以304、316L、410和420J2不锈钢板材为原材料,采用激光重熔技术对板材表面进行处理,用光学显微镜(OM)和能谱仪(EDS)分析重熔层的微观组织,进行电化学试验,分析不锈钢重熔前后的耐腐蚀性能的变化。结果表明,激... 详细信息

为了提高不锈钢的耐腐蚀性,以304、316L、410和420J2不锈钢板材为原材料,采用激光重熔技术对板材表面进行处理,用光学显微镜(OM)和能谱仪(EDS)分析重熔层的微观组织,进行电化学试验,分析不锈钢重熔前后的耐腐蚀性能的变化。结果表明,激光重熔处理不锈钢表面可以改变其微观组织,细化晶粒;当激光功率为1800 W,扫描速度为10 mm/s时,304和410不锈钢的自腐蚀电位分别为-0.005 V和-0.552 V,是基体的0.008倍和0.86倍左右;当激光功率为1400 W、扫描速度为10 mm/s时,316L和420J2不锈钢的自腐蚀电位分别为-0.367 V和-0.577 V,是基体的0.67倍和0.98倍左右。因此,对不锈钢表面进行激光重熔处理可有效提高其耐腐蚀性能。

关键词：不锈钢激光重熔电化学耐腐蚀性能

体能量密度对SLM成形316L不锈钢耐腐蚀性的影响

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金属热处理 2022年第5期47卷 148-154页

作者：李鹏孔令华练国富黄旭李铸福建工程学院机械与汽车工程学院福建福州350118 数字福建工业制造物联网实验室福建福州350118

为了探究不同体能量密度对SLM成形316L不锈钢耐腐蚀性的影响,采用正交试验法制备不同激光功率、扫描间距和扫描速度下的SLM 316L不锈钢成形件,利用扫描电镜和电化学试验对其微观组织和自腐蚀电位进行观察和测量。结果表明,体能量密度过... 详细信息

为了探究不同体能量密度对SLM成形316L不锈钢耐腐蚀性的影响,采用正交试验法制备不同激光功率、扫描间距和扫描速度下的SLM 316L不锈钢成形件,利用扫描电镜和电化学试验对其微观组织和自腐蚀电位进行观察和测量。结果表明,体能量密度过大或过小时,成形件表面的气孔和孔洞等缺陷较多,自腐蚀电位减小,耐腐蚀性变差。体能量密度为44.64 J/mm^(-3)时,SLM 316L不锈钢成形件的自腐蚀电位最高,组织表面的气孔等缺陷相对较少,耐腐蚀性最好。激光功率、扫描间距和扫描速度对SLM 316L不锈钢成形件的耐腐蚀性影响的次序为:激光功率>扫描间距和扫描速度,最佳的工艺参数组合为激光功率250 W,扫描间距0.14 mm,扫描速度800 mm/s。

关键词： 316L不锈钢体能量密度缺陷耐腐蚀性

基于激光诱导击穿光谱表征GCr15钢的硬度

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金属热处理 2022年第1期47卷 284-290页

作者：李铸张庆永孔令华练国富杨金伟福建工程学院机械与汽车工程学院福建福州350118 数字福建工业制造物联网实验室福建福州350118

利用激光诱导击穿光谱对GCr15钢不同温度回火后的光谱稳定性、特征谱线强度、等离子体温度和电子密度的变化趋势进行了分析,研究了特征谱线强度比、等离子体温度和硬度之间的关系。结果表明:不同温度回火后的样品的光谱特性和等离子体... 详细信息

利用激光诱导击穿光谱对GCr15钢不同温度回火后的光谱稳定性、特征谱线强度、等离子体温度和电子密度的变化趋势进行了分析,研究了特征谱线强度比、等离子体温度和硬度之间的关系。结果表明:不同温度回火后的样品的光谱特性和等离子体特性存在差异,但原子谱线强度均随回火温度的升高呈上升趋势,离子谱线强度均随回火温度升高呈下降趋势;特征谱线强度比和等离子体温度与样品的硬度均呈现出较好的正相关关系。表明GCr15钢热处理之后硬度可以通过激光诱导击穿光谱法测量。

关键词：激光诱导击穿光谱热处理光谱分析等离子体温度 GCr15钢

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激光在高反面轴类零件表面瑕疵检测的应用

激光与红外 2020年第7期50卷 808-814页

作者：杨莓孔令华练国富黄旭刘正义福建工程学院机械与汽车工程学院福建福州350000 数字福建工业制造物联网实验室福建福州350118

针对具有高反射性表面的轴类零件圆柱表面瑕疵的检测需求,以18650型锂电池壳为例,提出了一种基于机器视觉的激光检测方法。该方法根据零件表面的高反射性和曲面特性,选择一字线激光作为光源,可避免采用传统光源进行检测带来的难点。通... 详细信息

针对具有高反射性表面的轴类零件圆柱表面瑕疵的检测需求,以18650型锂电池壳为例,提出了一种基于机器视觉的激光检测方法。该方法根据零件表面的高反射性和曲面特性,选择一字线激光作为光源,可避免采用传统光源进行检测带来的难点。通过采集经由零件表面反射出的激光线图像进行图像分析,可以判断零件表面是否存在瑕疵并可对表面瑕疵进行分类。通过分析可以发现,零件表面瑕疵种类及尺寸与反射激光线图像变形形态及尺寸具有一定相关性,此结论对精确测量高反面瑕疵种类及尺寸有普遍适用价值。

关键词：机器视觉激光检测瑕疵检测图像处理

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基于图像拼接的直线轴承长度测量方法

电子测量技术 2022年第8期45卷 148-154页

作者：李纪强孔令华花海燕福建工程学院机械与汽车工程学院福州350118 数字福建工业制造物联网实验室福州350118

针对远心镜头因自身特性无法调节视场大小,难以适应直线轴承测量时一次性获取零件完整图像的问题,利用HALCON图像处理软件通过图像拼接方法进行直线轴承的长度测量。综合考虑特征点提取和边缘轮廓获取效果,采用背光与正向照明相结合的方... 详细信息

针对远心镜头因自身特性无法调节视场大小,难以适应直线轴承测量时一次性获取零件完整图像的问题,利用HALCON图像处理软件通过图像拼接方法进行直线轴承的长度测量。综合考虑特征点提取和边缘轮廓获取效果,采用背光与正向照明相结合的方案,建立了基于组合照明的直线轴承测量系统;在图像拼接中,提出了一种在图像近似重合区域内使用图像金字塔分层搜索的方法进行特征点检测与匹配,以提高图像拼接效率;最后通过Canny算子和最小二乘法拟合进行图像边缘定位,完成长度测量。实验结果表明:组合光源能更好地兼顾图像表面特征点与边缘轮廓提取效果;提出的拼接方法检测时间在0.2 s左右,相比于传统方法检测时间减少了88%;基于图像拼接的视觉测量误差小于0.1 mm,测量重复性上相比于传统方法更稳定,测量最大标准差为0.005。因此,保证了视觉系统的检测效率、精度以及稳定性,在工业自动化检测方面具有一定的理论依据和实用价值。

关键词：直线轴承 HALCON 远心镜头组合光源图像拼接视觉测量

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二维板式磁流减振器的力学建模与实验分析

福建师范大学学报（自然科学版） 2019年第2期35卷 48-55页

作者：陈丙三赖晓彬李春雨晏岱张宁福建工程学院机械与汽车工程学院福建福州350118 数字福建工业制造物联网实验室福建福州350118

针对工程中二维减振需求,设计了一种二维板式磁流变减振器.基Navier-Stokes方程建立了二维平面内减振器的速度和压力分布模型,以及阻尼力计算模型,从理论角度定性分析了结构物理参数工作间隙δ、中间滑板长度和宽度a对减振器的阻尼力的... 详细信息

针对工程中二维减振需求,设计了一种二维板式磁流变减振器.基Navier-Stokes方程建立了二维平面内减振器的速度和压力分布模型,以及阻尼力计算模型,从理论角度定性分析了结构物理参数工作间隙δ、中间滑板长度和宽度a对减振器的阻尼力的影响,并在二维振动试验台上进行减振实验,分析励磁电流对二维板式磁流变减振器的减振性能的影响.实验表明:当选用适当的磁流变流体后,库仑阻尼力对磁流变减振器阻尼力的影响较大,随着励磁电流的增大磁流变减振器阻尼力变大,系统在两个方向上的振幅均逐渐减少,最大减幅为2. 595 6倍,证实了二维板式磁流变减振器的结构设计是合理的.

关键词：磁流变液二维板式磁流变减振器力学建模减振实验