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非正交轴系激光经纬仪反向运动学线性模型

光学学报 2024年第2期44卷 204-212页

作者：孙泽峰康杰虎梁健张振冯橹源吴斌天津大学精密测试技术及仪器全国重点实验室天津300072

为满足大尺寸测量仪器性能与制造水平提升的需求,基于非正交轴系架构理念对激光经纬仪进行设计。针对非正交轴系经纬仪在无参考末端情况下计算反向运动旋转角度的难题,提出反向运动线性模型,以实现旋转角度的快速、高精度计算。首先,基... 详细信息

为满足大尺寸测量仪器性能与制造水平提升的需求,基于非正交轴系架构理念对激光经纬仪进行设计。针对非正交轴系经纬仪在无参考末端情况下计算反向运动旋转角度的难题,提出反向运动线性模型,以实现旋转角度的快速、高精度计算。首先,基于李群李代数基本理论构建非正交轴系经纬仪正向运动学模型。其次,构建空间目标点与视准轴位姿参数间的约束关系,并结合旋转角度误差传递模型,确立用于求解旋转角度误差修正值的线性方程组。最终通过旋转角度初始估计值与误差修正值线性相加,获取高精度的反向旋转角度值。仿真结果表明,该方法所计算的旋转角度误差趋近于0,真实实验的旋转角度误差均小于0.02 mrad,验证了所提反向运动学线性模型的可行性与实用性。

关键词：光学仪器非正交轴系反向运动线性模型误差传递

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新型旋转激光扫描系统轴系调整与误差标定

光学精密工程 2024年第8期32卷 1111-1121页

作者：任永杰郭威吴腾飞滕明鑫林嘉睿邾继贵天津大学精密测试技术及仪器全国重点实验室天津300072

旋转激光扫描系统是一种基于精密转台结合多路激光的空间多目标并行角度传感系统。为改善系统光源性能,设计了一种采用光纤从外部导入光源的新型轴系结构。但是当激光以一定角度穿过中空的转轴进入镜组后,若倾斜入射柱镜,将导致出射的... 详细信息

旋转激光扫描系统是一种基于精密转台结合多路激光的空间多目标并行角度传感系统。为改善系统光源性能,设计了一种采用光纤从外部导入光源的新型轴系结构。但是当激光以一定角度穿过中空的转轴进入镜组后,若倾斜入射柱镜,将导致出射的扫描光面型发生变化。针对此问题,研究了一种基于平行线的传递性的激光光轴姿态的调整方法,并借助激光跟踪仪测量平台,分别对光轴与转轴轴系进行拟合,建立了对光轴倾斜误差的标定方法。实验结果表明,调整后光轴与转轴轴线的空间夹角优于0.15°,完全满足扫描光截面中心直线度对激光入射柱镜的角度要求。该调整方案可用于系统的装配环节,使扫描光更加接近理想平面,有助于系统测量精度的提升。

关键词：大尺寸测量旋转激光扫描系统光轴调整轴线拟合误差分析

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工作空间测量定位系统参数模型建立方法

光学学报 2024年第16期44卷 171-180页

作者：郑书彦林嘉睿滕明鑫张饶邾继贵天津大学精密测试技术及仪器全国重点实验室天津300072

针对工作空间测量定位系统扫描光面相较于理想平面存在变形的问题,利用高精度转台对扫描光信号进行细分采样,通过对比旋转激光扫描时间,建立了面型变形信息和仪器原始观测量之间的映射关系,从而准确评估了扫描光面型,并分析了该评估方... 详细信息

针对工作空间测量定位系统扫描光面相较于理想平面存在变形的问题,利用高精度转台对扫描光信号进行细分采样,通过对比旋转激光扫描时间,建立了面型变形信息和仪器原始观测量之间的映射关系,从而准确评估了扫描光面型,并分析了该评估方法的误差影响因素。根据面型评估结果,研究了基于差分进化算法确定最佳分割角度的分区平面模型建立方法,并设计实验对模型拟合效果及测量精度进行了评价。实验结果表明,采用本文方法评价扫描光面型更加准确,新参数模型的拟合效果及测量精度也有明显提升。

关键词：测量工作空间测量定位系统大尺寸测量参数模型差分进化算法

基于双向吸收光谱精准标定的光频扫描干涉绝对测距

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物理学报 2024年第17期73卷 126-137页

作者：周强吴腾飞曾周末邾继贵天津大学精密测试技术及仪器全国重点实验室天津300072

本文研究了光频扫描干涉绝对测距的长度基准精准标定方法.利用气体吸收光谱在线标定测距系统中作为长度基准的延时长光纤光程,并提出利用加权线性最小二乘方法解决不同吸收谱峰不确定度的差异.针对吸收光谱标定光纤光程重复精度低的问题... 详细信息

本文研究了光频扫描干涉绝对测距的长度基准精准标定方法.利用气体吸收光谱在线标定测距系统中作为长度基准的延时长光纤光程,并提出利用加权线性最小二乘方法解决不同吸收谱峰不确定度的差异.针对吸收光谱标定光纤光程重复精度低的问题,提出了利用双向吸收光谱特征融合的方法提升光纤光程标定精密度.针对吸收谱峰绝对光频准确性不足的问题,提出单一吸收光谱比例系数的标定方法,相较于逐一校准谱峰光频的思路更为简单直接,提升了光纤光程标定准确度.为验证上述方法的有效性,分别进行了重复精度评估实验、比例系数标定实验以及精度比对实验.实验结果表明,标定164 m光纤光程的标准差为10-30μm,在系统温度上升及温度稳定条件下,0-10 m及0-15 m的测量范围内,测距标准差不大于5μm,测距比对残差不大于±4μm,显示了该系统良好的测距性能.

关键词：光频扫描干涉气体吸收光谱绝对测距加权最小二乘

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基于锁模光学频率梳的高速数据传输

物理学报 2024年第4期73卷 178-185页

作者：刘琪华梅佳雪王金栋张福民曲兴华天津大学精密测试技术及仪器全国重点实验室天津300072 重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室重庆400044

大数据时代网络数据流量的爆炸式增长给通信系统的容量和数据传输速率带来极大的挑战.本文基于锁模光学频率梳的宽光谱范围和高相位相干性提出了一种高频正交幅度调制信号生成方法,通过电光调制器对光学频率梳进行幅度相位整形并下变频... 详细信息

大数据时代网络数据流量的爆炸式增长给通信系统的容量和数据传输速率带来极大的挑战.本文基于锁模光学频率梳的宽光谱范围和高相位相干性提出了一种高频正交幅度调制信号生成方法,通过电光调制器对光学频率梳进行幅度相位整形并下变频至射频域,生成携带编码信息的高速、高阶、低相位噪声的调制信号,再结合锁模光学频率梳窄线宽、多波长的特性,仅使用单个激光器即可实现基于波分复用技术的大规模并行高速通信.仿真验证了该方案的可行性,随后在100 m的自由空间光链路中使用光子微波信号进行16元正交幅度调制通信实验,实现了误码率低于10^(–6)的14 Gbit/s数据传输.

关键词：锁模光学频率梳微波光子学空间光通信正交幅度调制

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基于彩色结构光的动态线扫描形貌测量方法

激光与光电子学进展 2024年第10期61卷 244-254页

作者：刘皓月杨凌辉马璐瑶樊一源天津大学精密测试技术及仪器全国重点实验室天津300072

以高铁、铁轨为代表的延展性表面测量逐步向智能化发展,要求在线测量,同时兼顾效率和精度,对动态性能提出了新的挑战。基于线阵相机条纹投影的三维形貌测量方法兼具高分辨率与高速采集,具有延展表面三维重建领域的高动态性理论优势,但... 详细信息

以高铁、铁轨为代表的延展性表面测量逐步向智能化发展,要求在线测量,同时兼顾效率和精度,对动态性能提出了新的挑战。基于线阵相机条纹投影的三维形貌测量方法兼具高分辨率与高速采集,具有延展表面三维重建领域的高动态性理论优势,但鲁棒性较强的条纹投影测量方法需要多帧测量获得准确相位,编码效率低,因此减小测量周期、减少图像帧数仍是提升动态性能的迫切问题。研究基于三频彩色条纹投影的双线阵延展表面测量方法,使用彩色条纹投影减少投影帧数,并利用纯色图补偿法降低通道串扰。先后对被测物体投影一幅彩色编码正弦条纹图和一幅白图,引入一维背景归一化方法降低被测物表面光学性质的影响,基于彩色编码信息获取展开相位并根据同名相位匹配双线阵相机。所提方法有效发挥线扫描的动态优势,仅通过两帧投影就实现运动中高质量点云的获取,同时实现纹理映射。

关键词：测量三维形貌测量彩色条纹投影线阵相机点云

组织仿体的光学特性对糖信号检测灵敏度的影响分析

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光谱学与光谱分析 2024年第5期44卷 1262-1268页

作者：葛晴刘瑾韩同帅刘文博刘蓉徐可欣天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室天津300072

由于经人体组织的传输光子携带的血糖信号非常微弱,近红外光谱法测量血糖的灵敏度不高,难以获得较高的准确度。因此通过优化测量波长、测量距离等尝试提高测量灵敏度的研究一直在进行。然而,这些研究多倾向于关注血糖引起的组织吸收系... 详细信息

由于经人体组织的传输光子携带的血糖信号非常微弱,近红外光谱法测量血糖的灵敏度不高,难以获得较高的准确度。因此通过优化测量波长、测量距离等尝试提高测量灵敏度的研究一直在进行。然而,这些研究多倾向于关注血糖引起的组织吸收系数和散射系数的变化,而忽视了不同部位组织本身的光学特性对灵敏度的影响,缺乏比较不同部位之间的灵敏度差异。实际上,组织本身的光学参数会通过影响光程来影响吸收变化、散射变化作用于光强变化的系数的大小,因此,综合考虑上述两方面的因素后确定出的血糖测量灵敏度是更合理的。为了探究这种综合作用,选取2%、5%、10%和20%四种浓度的intralipid溶液作为人体组织仿体,通过蒙特卡洛模拟的方法,探讨了在1000~1660 nm波段,四种溶液中糖的吸收作用、散射作用和两者综合作用下的糖灵敏度,以及各部分灵敏度与其本身光学参数的关系。结果表明,在散射系数最大的20%intralipid溶液中检测到的糖信号也最强。据此,该研究将为部位优选提供依据,以获得较大的糖灵敏度。同时,对1000~1660 nm波段内的糖信号进行分析,发现在1000~1350 nm波段,糖引起的吸收作用基本可以忽略,信号的差异主要来自于散射的变化;而在1350~1660 nm,散射和吸收共同作用,其中散射的贡献大于吸收,散射最优的测量波长在1450 nm附近;而考虑散射和吸收的共同作用时,最优的测量波长在1400 nm附近。最后,为了验证理论分析的有效性,对四种溶液进行了实验,采用了1000~1660 nm波段中的六个典型波长,结果表明四种溶液中糖信号最大的检测波长均为1409 nm,且在20%intralipid中的糖信号灵敏度最大,说明实验结果与理论分析吻合较好。综上,该研究可为人体无创血糖检测合适的测量部位、合适的波长选择提供借鉴。

关键词：近红外光谱法无创血糖测量散射介质蒙特卡洛模拟

基于融合差分卷积的受电弓安全触发目标实时检测定位方法

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激光与光电子学进展 2024年第18期 1-9页

作者：杨占山张瀛杜弘志孙岩标邾继贵天津大学精密测试技术及仪器全国重点实验室

针对现有目标检测算法存在的问题，提出了一种基于融合差分卷积的目标实时检测定位方法。首先构建融合差分卷积的主干网络以增强特征提取能力；然后设计共享权重的特征融合模块和检测头以提高检测速度和精度；最后制定多阶段训练策略进... 详细信息

针对现有目标检测算法存在的问题，提出了一种基于融合差分卷积的目标实时检测定位方法。首先构建融合差分卷积的主干网络以增强特征提取能力；然后设计共享权重的特征融合模块和检测头以提高检测速度和精度；最后制定多阶段训练策略进一步提升精度。在受电弓检测数据集中的实验结果表明，在CPU硬件资源下，所提方法检测帧率可达149 frame/s，整体平均精度均值（mAP）可达81.20%，比FemtoDet算法分别提高了57 frame/s和6百分点。所提方法满足高速铁路现场中对触发定位任务的实时性和准确性的技术需求。

关键词：目标检测模型压缩特征融合卷积神经网络

基于青光眼影像的人工智能辅助诊断技术及进展

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激光与光电子学进展 2024年第14期61卷 9-20页

作者：李明远房丰洲天津大学精密测试技术及仪器全国重点实验室微纳制造实验室天津300072

人眼内异常的眼内压是青光眼的主要表现之一,而在疾病的早期阶段患者并没有感到明显不适,往往难以及时发现,如果该疾病未得到及时治疗,则可能导致完全失明。青光眼的早期诊断可以有效预防永久性视力丧失,临床上人工检查是一种可行的解... 详细信息

人眼内异常的眼内压是青光眼的主要表现之一,而在疾病的早期阶段患者并没有感到明显不适,往往难以及时发现,如果该疾病未得到及时治疗,则可能导致完全失明。青光眼的早期诊断可以有效预防永久性视力丧失,临床上人工检查是一种可行的解决方案,但这不仅费时费力,而且要求医生具备专门的知识和经验。现有的研究成果表明,将人工智能技术整合到影像中预防和检测青光眼是高效、准确的。系统介绍基于人工智能的青光眼辅助诊断领域的最新进展,探讨各种已发表的算法模型,总结此类研究存在的问题及未来可能的研究方向,并对基于多模态评估的青光眼智能检测技术的研究现状与未来发展趋势进行详细和深入的评述。

关键词：青光眼深度学习人工智能光学相干断层扫描眼底图像视野