北京信息科技大学 仪器科学与光电工程学院, 北京 100192
针对Faster R-CNN在多尺度目标检测时易出现小目标漏检和误检的问题, 提出一种改进的多尺度目标检测算法。将利于小目标检测的低层网络和利于大尺度目标检测的高层网络进行多尺度特征融合; 在训练阶段, 采用在线难例样本挖掘算法维护难例样本分类池, 加速神经网络模型迭代收敛, 解决训练样本不均衡、训练效率低下的问题; 计算并统计待检测目标的尺度大小, 合理控制用于生成候选区域的锚框尺寸, 提高模型泛化能力。采用PASCAL VOC2012公开数据集和类人足球机器人自建数据集进行算法验证, 实验结果表明, 相比Faster R-CNN算法, 本算法的平均检测精度在上述数据集下分别提高了8.61和5.47个百分点。
目标检测 多尺度特征融合 在线样本难例挖掘 足球机器人 target detection multi-scale feature fusion online hard example mining Faster R-CNN Faster R-CNN humanoid soccer robot
1 湖北中医药大学药学院, 湖北 武汉 430065
2 北京中医药大学中药学院, 北京 100029
3 滨州医学院中西医结合医院, 山东 烟台 264003
采用二维相关光谱(2D-COS)技术, 以氘代氯仿为溶剂, 解析了丹参酮ⅡA和隐丹参酮标准品的近红外光谱(NIR)。 丹参酮ⅡA和隐丹参酮二维相关切片谱在1 600~1 800, 1 900~2 230和2 300~2 400 nm处有特征吸收, 其中丹参酮ⅡA在1 640和2 140 nm处有不同于隐丹参酮的呋喃环双键一级倍频和组合频吸收, 1 696 nm为丹参酮ⅡA和隐丹参酮分子中甲基伸缩振动二级倍频, 1 726和1 740 nm处吸收为丹参酮ⅡA和隐丹参酮环己烯亚甲基伸缩振动二级倍频, 2 146和2 220 nm为丹参酮ⅡA和隐丹参酮苯环C—C伸缩振动与C—H伸缩振动的组合频, 2 300~2 400 nm处一系列峰为丹参酮ⅡA和隐丹参酮甲基伸缩振动与弯曲振动组合频吸收。 以丹参酮提取物为载体, 以丹参酮ⅡA和隐丹参酮光谱解析特征波段及组合间隔偏最小二乘(SiPLS)筛选特征波段分别建立偏最小二乘(PLS)定量模型, 模型的决定系数R2均大于0.9, 校正均方根误差(root mean of square error of calibration, RMSEC)和交叉验证均方根误差(RMSECV), 预测均方根误差(RMSEP)均较小。 结果表明, 2D-COS技术解析特征波段与SiPLS波段筛选所建PLS模型均稳定。 2D-COS技术使近红外定量模型更具解释性, 可解析出结构差异特征吸收, 同一波段可实现结构类似物的同时定量测定。
丹参酮ⅡA 隐丹参酮 近红外光谱 二维相关光谱 丹参酮提取物 光谱解析 Tanshinone ⅡA Cryptotanshinone Near infrared spectroscopy Two-dimensional correlation spectroscopy Tanshinone extract Spectral assignment 光谱学与光谱分析
2022, 42(6): 1781
1 北京信息科技大学光电测试技术及仪器教育部重点实验室，北京 100192
2 北京信息科技大学仪器科学与光电工程学院，北京 100192
针对超大范围相机标定和定向的难题，提出了一种双相机联合标定与定向的方法。采用无人机携带长度尺构建大型空间虚拟标定场的方式，两台相机同时采集长度尺两端标志点图像；并利用长度尺空间长度作为约束，建立自标定光束平差模型，解算两相机各自的内方位参数和畸变系数及相机之间的相对外方位参数；最后利用重建长度尺的长度进行误差和精度评估。在40 m×10 m×14 m的超大范围下，所提方法重建长度尺时的平均长度误差为0.193 mm，均方根误差为2.316 mm，相对精密度优于1/20000。实验结果表明，所提方法可在超大范围下方便准确地标定双相机系统的全部参数，具有操作简便、成本低、精度高的优点，具有很强的适用性，为超大范围大尺寸结构视觉测量提供了方法参考和数据依据。
视觉测量 超大范围 无人机 基准长度尺 光束平差 相对定向 激光与光电子学进展
2022, 59(14): 1415019
北京信息科技大学 仪器科学与光电工程学院, 北京 100192
为了评价平面镜面形误差, 采用基于条纹反射法的面形检测原理、通过平面镜法线偏移实现面形误差评价的方法。将正弦条纹投射至光屏, 经被测平面镜反射至相机, 通过小孔成像原理和四步相移法获得被测平面镜上一点的法线, 并与经最小二乘算法面形重建的该点理论法线比较, 获得该点法线偏移, 利用法线偏移实现对平面镜的面形评价。对测量方法进行计算机仿真, 以证明其正确性, 搭建实验测量系统, 并对某一款手机屏幕进行测量实验。结果表明, 该测量方法的重复性精度优于1mrad, 测量重复性高。该研究为玻璃面板等具有高反射特性的平面面形误差提供了参考。
光栅, 平面镜, 面形检测, 条纹反射法, 法线偏差 gratings plane mirror shape detection fringe reflection method normal line deviation
红外与激光工程
2020, 49(11): 20200269
1 北京信息科技大学 仪器科学与光电工程学院，北京100192
2 长春理工大学 光电工程学院，吉林 长春 130022
3 北京信息科技大学 机电系统测控北京市重点实验室，北京100192
针对单目机器人在运动过程中，相邻关键帧之间基线过短造成的相机相对位姿无法恢复的问题，提出了一种利用已知特定参照物迭代优化本质矩阵，从而快速分解出机器人相对位姿的方法。该方法首先利用已知特定参照信息获取本质矩阵估计值，然后通过相邻关键帧之间匹配的特征点组和本质矩阵估计值对本质矩阵迭代优化，最后通过本质矩阵的约束关系求得平移向量估计值，利用基于李群的姿态表示得到旋转矩阵估计值，并进一步优化得到唯一解。该方法避免了由于基线过短而无法恢复相机相对位姿的弊端。实验结果表明，该方法可快速解算并优化机器人相对位姿关系，且相对位移估计绝对误差小于0.03 m，优于传统方法。
相对位姿估计 本质矩阵 迭代计算 李群 relative pose estimation essential matrix iteratively computing Lie group
1 黑龙江大学 电子工程学院, 黑龙江 哈尔滨 150080
2 黑龙江工程学院 电气与信息工程学院, 黑龙江 哈尔滨 150050
周期性亚波长孔阵列的异常透射性质在亚波长光电器件设计中具有重要意义。两层或更多膜层上周期孔阵列结构, 由于层之间电磁场的相互作用可以导致新的光学性质。利用时域有限差分方法理论研究了带有矩形孔阵列的Au-介质-Au多层膜的透射特性。结果表明: 该结构在近红外波段的透射谱存在多个透射峰, 并且透射峰的数量、位置和强度可以通过改变结构的几何参数和介质膜的材料进行调控。详细分析了介质膜的厚度和折射率、孔阵列的周期、矩形孔的边长等因素对多层膜矩形孔阵列透射谱的影响, 为利用多个表面等离子共振设计多波长控制器件提供了一定的参考。
多层膜 矩形孔阵列 异常透射 表面等离极化激元 时域有限差分法 multilayer films rectangular hole arrays extraordinary optical transmission surface plasmon polaritions finite difference time domain method 红外与激光工程
2019, 48(7): 0721001
为了提高多图像加密的安全性, 同时解决多图像加密系统数据量大的问题, 采用了基于分块压缩感知和改进幻方变换的加密方法。加密过程中, 充分利用了混沌序列对初始值的敏感性, 解决基于传统幻方变换的加密算法周期性的问题; 结合分块压缩感知的方法, 减少加密系统的数据量。对4幅256×256的灰度图像进行加密测试。结果表明, 系统加密时间只需要0.98s, 重建图像的质量高, 相关系数值均高于0.99, 峰值信噪比值均大于35dB;该算法在减少加密系统的数据量的同时进一步提高了系统的安全性。该算法实现容易, 能高效安全地完成多图像加密。
图像处理 图像加密 分块压缩感知 幻方变换 image processing image encryption block compression sensing magic square transformation
提出了一种基于光学柱面衍射的非对称双图像加密方法.首先对两幅灰度图像作离散余弦变换, 得到相应的频谱, 分别保留两幅离散余弦变换频谱的低频数据和任意1/3的高频数据, 并将其中一幅图的低频和任意1/3的高频融合为新的复合频谱, 对其进行柱面衍射后进行相位截断生成振幅和密钥.生成的振幅与第二幅图像的低频数据进行相同的加密过程产生新的振幅与密钥.最后将新生成的振幅与第二幅图的任意1/3的高频数据融合为新的复合频谱, 通过柱面衍射后的相位截断生成密文和新的密钥, 其中密文变成了原图的1/4.对两幅512×512的灰度图像进行加密测试, 结果表明重建图像的质量高, 相关系数值均高于0.97, 峰值信噪比均大于33 dB.基于柱面衍射的光学图像加密克服了传统平面衍射的对称性, 同时柱面衍射的内柱面半径、柱面高度、衍射距离可以作为加密系统的附加密钥, 扩大了密钥空间, 增加了系统的安全性.
信息光学 双图像加密 离散余弦变换 柱面衍射 相位截断 Information optics Dual images encryption Discrete cosine transform Cylindrical diffraction Phase truncation
为了解决多彩色图像加密后, 解密图像质量不佳、数据量大以及传输时速率慢的问题, 采用了一种基于小波变换和菲涅耳变换的多彩色图像加密方法, 加密过程中, 利用小波变换的多级分解特性提取每幅彩色图像的低频分量, 将低频分量分别重组为三元组图像（R, G和B）, 并且依次将三元组图像（R, G和B）通过菲涅耳域中的衍射加密系统, 对这3个三元组图像进一步加密, 从而实现了多彩色图像的加密。结果表明, 该方法不仅可以高质量地恢复原始彩色图像, 而且可以同时对4幅彩色图像进行加密, 提高了加密彩色图像的容量; 原始图像经过小波变换,其数据量压缩到原来的1/4, 有利于数据的传输和存储。该算法能够有效地同时对多幅色彩图像进行压缩和加密, 不仅提高了解密图像的质量, 并且具有较高的密钥敏感度和较好的鲁棒性。
信息光学 多彩色图像压缩加密 离散小波变换 菲涅耳变换 information optics multi-color-image compression encryption discrete wavelet transform Fresnel transform
