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主 办 单 位 华北光电技术研究所

编 辑 出 版 《激光与红外》编辑部

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国 内 发 型 北京报刊发行局

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国 外 发 行 中国国际图书贸易集团有限公司

期刊简介
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当期目录
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  • 三维激光扫描测体积技术及其应用进展

    乔俊峰1, 周沅桢2, 王永1, 范兴1, 农永红1, 李博宇1, 资文华1

    2021, Doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.09.001

    Abstract:

    三维激光扫描技术因具有准确性强、检测效率高、无损等优势而被应用于各行各业的物体体积测量。本文概括了利用三维激光扫描技术获取物体轮廓表面信息的几种光学原理;综述了三维激光扫描测体积系统中点云数据获取、点云数据预处理、三维重建与体积计算的研究进展;对三维激光扫描测体积技术在各类行业中的应用现状进行总结分析;最终展望了三维激光扫描技术在不规则体体积测量上面临的挑战和未来的发展趋势。

  • 可穿戴式人体姿态识别系统研究进展

    宋贺良, 郑毅, 王克强

    2021, Doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.09.002

    Abstract:

    随着科技发展,基于可穿戴式传感器的研究逐渐得到重视,显现出功耗低、可携带性好、成本造价低、使用场景不受限制等独特优势。其中重要的一项应用是人体姿态识别,人体姿态识别过程主要分为人体运动信息采集、数据预处理、姿态角求解、模式识别特征的提取与识别。本文介绍了人体姿态识别技术的研究进程,总结了目前常用的传感器,最后对未来人体姿态识别技术发展进行展望。

  • 基于特征点和关键点提取的点云数据压缩方法

    李绕波1, 袁希平2, 3, 甘淑1, 2, 毕瑞1, 胡琳1

    2021, Doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.09.003

    Abstract:

    针对采集到的点云数据中含有大量的冗余数据,为后期数据处理及其应用带来诸多不便,而采用现有通用压缩方法压缩后的点云容易造成细节特征丢失问题,为此,本文提出一种基于特征点和SIFT关键点提取的点云数据压缩方法。该方法的核心技术是首先根据查询点与邻域中的点所构成向量的夹角而提取边界点;然后根据点云数据的曲率和法向量夹角提取尖锐点,据此使特征点在点云压缩处理过程中得到绝对被保留;同时在平坦区域提取SIFT关键点,这样能避免在曲率变化缓慢区域所保留的并不是特征点;最后融合特征点和SIFT关键点而实现对点云数据的压缩处理。研究通过设计与现有两种基于曲率压缩方法进行对比实验分析,结果表明本文所提方法既能最大量的去除冗余数据,又能保留点云中大部分特征点,实现了点云数据的高质量压缩。

  • 激光传输通道动密封防尘结构设计

    李冰1, 2, 韩光宇1, 吴运寒1

    2021, Doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.09.004

    Abstract:

    激光传输通道工作环境复杂,为满足系统密封要求,设计了一种磁流体动密封结构。主要由磁流体、极靴、永磁体、内筒、外筒和盖板组成。建立磁场仿真模型,计算了不同密封间隙内磁场的大小及其分布。分析了01~04mm间隙下的理论耐压能力,根据工程要求选取了密封间隙02mm。耐压值可以达到026 MPa。应用Block Lanczos法对内筒进行模态分析,一阶固有频率69094 Hz,远高于经纬仪固有频率,满足动力学要求。最后进行试验并分析了离心力对密封的影响。结果表明密封结构的各项指标均满足可以要求。

  • 具有能量收集的双向RF/FSO中继系统性能分析

    李小禹, 汤璇, 林邦姜, 谢宇芳, 骆加彬, 戴玲凤, 康莉

    2021, Doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.09.005

    Abstract:

    设计了一种在大气湍流和指向误差影响下的带有能量收集的混合双向RF/FSO中继传输系统。RF信号部分采用能量分割的方式进行能量收集,FSO信号部分则将其信号中的直流电分量所携带的能量收集起来存储在中继器中。其中射频RF链路采用Nakagamim信道衰落模型,自由空间光FSO链路采用Gamma Gamma信道衰落模型。并且计算出了两条链路各自的累积分布函数CDF。采用DF的中继协作方式,并利用Meijei G函数推导出系统中断概率的闭合表达式,最终通过仿真来验证结果的正确性。

  • 基于机器视觉的多圆弧对称零件测量方法研究

    杨林1, 鄢红章1, 晏涛2, 王中任2, 肖光润2

    2021, Doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.09.006

    Abstract:

    在实际工业生产中,对具有多圆弧对称特性零件的尺寸测量需求越来越多。而传统接触式测量方法大多存在测量精度不稳定、容易损伤零件和效率低等缺点。因此,本文基于机器视觉的非接触式测量原理,首先搭建一套双远心机器视觉测量系统,采集有效的零件图像。然后,利用亚像素边缘检测算法提取图像的亚像素边缘,并结合最小二乘法及多圆弧拟合内切圆的自定义Halcon算子,最终实现多圆弧对称零件的精密测量。为了验证所设计系统的有效性,本文对某球笼联轴器内套进行了稳定性和重复性测量实验。实验结果表明:该系统测量精度可达到001mm,且测量过程快速、稳定。

  • 带热障涂层高温合金材料飞秒激光制孔工艺试验研究

    温嵘1, 朱文宇2, 麻丁龙3, 马国庆4

    2021, Doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.09.007

    Abstract:

    随着带热障涂层高温合金的广泛应用,对飞秒激光制孔的工艺也提出了更高的挑战,本文通过研究飞秒激光与氧化锆陶瓷的相互作用原理,计算出了当单脉冲能量约为80 μJ时,焦点内的材料可以被完全去除,并通过实验进行了验证。通过大量的优化实验,提出了针对带涂层高温合金的分段制孔法,总结出了最优的工艺参数,可用于任意角度制孔,所获得的微孔涂层表面质量完好,过渡段无裂纹,孔壁质量良好。

  • 基于特征识别的汽车复杂零件自校正检测系统

    信建杰

    2021, Doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.09.008

    Abstract:

    为了解决复杂零件在自动化装配过程中位置偏差与位姿偏角造成的装配问题,实现具有反馈调整能力的机械臂扫描控制,设计了基于激光三维扫描的实时检测系统。系统通过光栅扫描方式获取零件的三维面形数据,并利用边缘特征识别完成零件匹配,最终达到在工装环境下自动调整位置与位姿的目的。实验对SP165型机械臂进行控制,以6自由度参数作为检测精度的评价指标,分别对基于零件数模的仿真数据、固定扫描路径测试数据和自动调整扫描路径测试数据进行对比分析。结果显示,采用本系统完成自动路径调整的最大位置偏差和最大位姿偏角分别为0028mm和0026°,明显优于固定路径测试得到的0084mm和0095°,其位置偏差标准差与位姿偏角标准差分别提升了4倍和3倍。总之,本系统在自动化检测与控制领域具有一定的应用价值。

  • 体能量密度对Ni60/WC激光近净成型形貌和性能的影响

    江吉彬1, 刘畅1, 汤绍钊2, 黄旭1, 练国富1, 陈昌荣1, 冯美艳1

    2021, Doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.09.009

    Abstract:

    研究了体能量密度,及相同体能量密度下不同送粉工艺组合对LENS(Laser Engineered Net Shaping)制备的Ni60/WC样件的尺寸精度、缺陷率、显微硬度以及摩擦磨损性能的影响。研究发现,能量密度的升高使成型效率逐步上升;相同能量密度下,通过调控粉盘转速和气流量可以使成型效率提高。在能量密度333J/mm3、粉盘转速6 rpm、气流量6 L/min的工艺下,获得了最高成型效率,最大高度为227mm。在能量密度283J/mm3、粉盘转速6 rpm、气流量4 L/min的工艺下,获得最优机械性能,磨损率为3604μm3 N-1mm-1。当能量密度为291J/mm3时样块的显微硬度最大,为681 HRC,当能量密度为291J/mm3时,缺陷率最小,为007。

  • 非线性晶体对皮秒SESAM被动锁模激光器脉宽的影响

    赵书云, 方聪, 李一凡, 秘国江

    2021, Doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.09.010

    Abstract:

    介绍了皮秒激光器脉宽压缩和展宽的的应用需求和传统的实现方法,同时论述了在腔内利用相位失配的倍频晶体进行脉宽的压缩和展宽的原理。实验研究了在半导体泵浦的Nd∶YVO4半导体可饱和吸收体(SESAM)被动锁模激光器腔内,在相位失配的情况下,插入I类相位匹配LBO晶体,可以把激光脉冲宽度从87 ps压缩到48 ps;而腔内插入不同厚度II类相位匹配KTP晶体,可以把激光脉宽展宽到128 ps、428 ps甚至63 ps。并对脉冲宽度的压缩和展宽进行了原理上的论述,扩展了SESAM锁模激光器在激光测距和激光加工以及激光雷达探测等应用中适用范围。

  • 基于改进ResNet-18的红外图像人体行为识别方法研究

    周啸辉1, 余磊1, 何茜1, 陈涵1, 聂宏2, 欧巧凤1, 熊邦书1

    2021, Doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.09.011

    Abstract:

    人体行为识别在安全监护、安防监控、智能家居等诸多领域具有重要的研究意义和广泛的应用价值。由于红外信息具有受光照影响小、保护隐私等特性,因此基于红外信息的人体行为识别方法备受国内外学者关注。本文对包含7种行为类别的红外信息进行连续帧拼接处理,构建红外图像数据集。传统的ResNet-18网络性能较为优异,在可见光图像识别上一直表现良好,但在红外图像识别中效果欠佳。本文根据红外图像特性,对其进行相应改进:首先,构建多分支同构结构,替换7×7卷积,增强网络的表达能力;其次,结合最大池化与平均池化,避免丢失有用信息;最后,引入非对称卷积块构成多重残差结构,并与改进CBAM模块结合对残差块进行优化,从而增加网络多样性,提升网络的特征提取能力。实验结果表明,改进ResNet 18网络识别率达到9996,不但高于传统的ResNet 18网络,而且明显优于基于红外图像的其他网络。

  • 基于红外热像仪的调焦机构受力分析及电机选型

    于昊钲, 张超, 张俊蓉, 徐明轩

    2021, Doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.09.012

    Abstract:

    目前,红外热像技术在国内受到广泛的关注,在侦察、监视、枪瞄、制导等方面发挥重要作用,而调焦组件作为热像仪中重要的组件之一,是完成光学调焦的主要的机械结构,热像仪在调焦过程中能否保持运动平稳、运动精度能否达到要求,直接影响到最终的成像效果以及跟踪效果。本文针对凸轮式调焦机构对其进行受力分析及电机选型,综合考虑转动惯量、摩擦力矩的因素,通过计算及仿真分析,找到影响凸轮效率的因素,并提出优化建议。

  • 碲镉汞焦平面组件中硅减薄工艺与热应力计算

    刁云飞, 张江风, 张晓玲, 孟庆端

    2021, Doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.09.013

    Abstract:

    液氮冲击下,碲镉汞(HgCdTe)焦平面探测器中层状材料间线膨胀系数的不同将会在层状材料中产生热失配,过大的热失配应力将引起HgCdTe芯片断裂,决定着HgCdTe 焦平面探测器的结构可靠性。为了解决HgCdTe 焦平面探测器在液氮冲击下的热失配问题,我们借助MATLAB运算工具,采用线弹性多层体系热应力计算方法,得到了硅读出电路(Silicon Read Out Integrated Circuits,Silicon ROIC)的厚度取不同值时,HgCdTe芯片中的热应力沿法线方向的分布。计算结果表明:当Silicon ROIC的厚度由340μm减薄至25μm的过程中,HgCdTe芯片中生成的热应力随着Silicon ROIC厚度的变薄而线性减小。这表明Silicon ROIC减薄方案是一种解决HgCdTe红外焦平面探测器热失配问题的有效途径。

  • 高光谱用长波红外焦平面探测器组件

    于小兵, 岳冬青, 王成刚, 宁提, 李敬国, 李艳红

    2021, Doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.09.014

    Abstract:

    介绍了高光谱用长波1024×256红外焦平面探测器组件的研究结果。长波红外焦平面探测器芯片基于液相外延碲隔汞薄膜材料制造,读出电路基于035μmCMOS 50 V工艺设计,采用非密封型与高光谱相机集成的探测器封装结构。经测试,长波1024×256红外焦平面探测器组件各项功能正常,性能良好。

  • 超声脉冲纵波调制光纤光栅的光谱特性研究

    周峰1, 叶伟娟2, 刘锋1, 李红3, 何巍4

    2021, Doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.09.015

    Abstract:

    针对光纤光栅传感器网络密度与容量的提高,提出将超声脉冲纵波导入光纤,传播过程中将会影响光栅的光谱,实现对光纤光栅进行标记与区分。开展了不同激励信号参数对于光纤光栅光谱影响的研究,利用ANSYS软件对超声脉冲纵波在光纤中的传播过程进行仿真,建立了基于傅里叶模式耦合理论的超声脉冲纵波对于光谱的调制模型,并对该模型进行了仿真分析。仿真结果表明,与梯形脉冲纵波相比,在相同条件下高斯脉冲纵波调制幅度减小12 pm,但调制稳定性优于梯形脉冲纵波,减小高斯脉冲纵波脉宽会提高调制幅度,但是脉宽过小会使应变产生拖尾,降低调制效果。在本文的条件下脉宽为34 μs的高斯脉冲纵波调制效果最佳,可以在保证调制幅度为82 pm的同时使得光谱中心波长红移蓝移各一次。仿真结果为超声脉冲纵波调制光纤光栅激励信号参数的选择提供了参考,为利用超声脉冲纵波区分光纤光栅打下基础。

  • 自由空间光通信下对称Spinal码的性能分析

    张兢, 杜凡丁, 曹阳, 彭小峰

    2021, Doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.09.016

    Abstract:

    针对Spinal码不等差错保护性质而引起的差错控制性能不佳的问题,本文提出在自由空间光通信中采用对称Spinal码提高信息传输性能。通过反向编码过程提高传输速率、抗噪性能,降低误码率。并用迭代译码方式降低译码复杂度。仿真结果表明在大气湍流信道中,对称Spinal码比Spinal码在传输速率性能上有007~015 bit/s的提升;信噪比较高时,对称Spinal码相比于Spinal码具有更好的鲁棒性。码长较短时,对称Spinal码的误码率明显优于RS码、Polar码和Spinal码,误码率为1×10-4时,分别产生了05dB,175dB和04dB的增益。

  • 新式激光假目标的研究与设计

    吉强, 宗思光, 杨剑波

    2021, Doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.09.017

    Abstract:

    针对现有激光假目标的适用条件与要地防空中使用时的受限之处,为提升激光诱饵作战效能,提出光纤激光诱饵、伴飞无人机两种激光假目标方式,从其概念、使用时机、特点、布设方法和载机、材料的选择几个方面进行分析探讨,研究了其特性与使用方法。

  • 光学软件热分析方法和消热差镜头设计

    石佳, 余飞鸿

    2021, Doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.09.018

    Abstract:

    光学系统的性能易受工作温度的变化影响,因此设计光学系统时需要进行热分析并采用无热化设计方法进行优化。本文研究了工作温度对光学系统性能的影响,介绍了光学元件的热分析参数,并讨论了光学系统的结构参数与温度变化之间的关系,然后指出了Code V软件在热分析功能上存在的不足,在研究热分析的原理后,通过编写宏文件的方式,分别从光学元件间隔计算和光学材料折射率计算两个方面进行改进,最后利用Code V软件进行了一款消热差镜头的优化设计工作。该镜头的焦距为28mm,F数为22,视场角为160°,工作温度范围在-20~85℃。设计结果表明,在整个工作温度范围内,系统成像质量良好,满足使用需求。

  • 中波红外周视光学系统

    孙浩, 于兴, 高益, 邓岩, 梁进智

    2021, Doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.09.019

    Abstract:

    介绍了一种采用等距投影物像关系设计的中波红外周视光学系统,系统采用折反混合方案,设计视场为360×(-15°~+50°),能够实现360°方位和一定俯仰角度范围内的凝视成像,适用于红外反狙击手探测及类似应用场景下的态势感知。

  • 基于FPGA的四象限探测器信号处理板设计

    田静1, 马伟1, 卢晓东2

    2021, Doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.09.020

    Abstract:

    针对激光半主动导引头四象限探测器对回波窄脉冲信号高精度同步采样需求,设计了一款基于FPGA的四象限探测器信号处理板。该设计主要包括峰值检测模块、触发模块和FPGA模块。探测器前端板输出信号经峰值检测模块自动获取峰值电压后,由ADC实现模数变换,在FPGA内进行目标位置解算并形成制导指令上传至飞控板。其核心设计峰值检测模块,解决了窄脉冲信号峰值捕获的难题。实验表明,该设计输出波形稳定,且输出与输入具有良好的线性关系,最大相对误差小于4,通道一致性高于98,满足四象限探测器读出需求;与现有两款峰值检测模块进行性能对比,表明该设计性能表现良好。

  • 基于激光雷达与红外图像融合的车辆目标识别算法

    战荫泽, 张立东, 秦颖

    2021, Doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.09.021

    Abstract:

    为了提高车辆目标在不同测试条件下的识别效率,降低系统的漏检率和误检率,提出了一种基于激光雷达与红外图像融合的车辆目标识别算法。该算法利用目标原点矩参量表征目标的红外特征,用匹配相似度表征目标的点云特征,再经过轴系对齐和尺度变换实现图像融合。实验采用激光雷达与红外同轴光路获取的两类数据进行图像融合,再利用目标匹配阈值进行迭代筛选,最终识别车辆目标。对比了1帧、20帧和40帧图像中具有不同属性的车辆目标识别效果,结果显示,本算法输出的目标识别区域正确适当。在1000帧图像的多种测试条件的实验中,本算法的漏检率均小于100,误检率均小于50,明显优于传统的距离向数据分类法和光谱分类法,验证了其具有较好的鲁棒性。

  • 2D激光雷达扫描数据的异常值检测

    刘延彬1, 姜媛媛2

    2021, Doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.09.022

    Abstract:

    针对2D激光雷达扫描数据异常值检测问题,提出了最邻近距离-局部异常因子检测算法。首先给出2D激光雷达扫描数据孤立点的定义,并依此检测扫描数据的孤立点;其次基于局部异常因子检测扫描数据的局部异常点;最后采用5组实际环境中的2D雷达扫描数据对算法进行验证。研究结果表明:最邻近距离-局部异常因子检测算法能够检测出2D激光雷达扫描数据的异常值,且算法的平均误报率为1228、平均计算时间为0842s,可满足实际需求。

  • 基于Infinite integral的四象限探测器光斑位置检测算法

    苟晔鹏1, 刘星1, 刘强2, 郭甲崇1, 邢博1

    2021, Doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.09.023

    Abstract:

    为了进一步提高基于四象限探测器的半主动式激光导引头的目标定位精度,本文以高斯分布的圆形光斑作为入射光斑模型,提出了一种基于Infinite integral拟合方法的改进算法(GII)。在Infinite integral拟合算法的基础上,考虑了外部光能和死区带来的误差影响,采用最小二乘法获得最佳拟合的解析表达式。为了简化算法的计算量,对部分解析表达式进行分段式多项式拟合,优化拟合区间,并得到GII算法的解析表达式。GII算法相较于传统Infinite integral拟合算法和8次多项式拟合法,精度大幅度提升。仿真和实验表明,该算法在确保良好实时性的同时,能增加四象限探测器的有效探测范围,提高不同光斑半径下四象限探测器的定位精度,为战场环境下精准激光制导武器的发展提供了理论参考。

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