1 厦门市特种设备检验检测院，福建 厦门 361000
2 福建省太赫兹功能器件与智能传感重点实验室，福建 福州 350108
3 福州大学 物理与信息工程学院，福建 福州 350116
4 中国航空油料有限责任公司厦门分公司，福建 厦门 361000
5 浙江创力电子股份有限公司，浙江 温州 325025
结合频分复用技术与扫频光学相干测振仪，提出一种基于光学相干多点测振仪（swept-source optical coherence multi-point vibrometer, SSOCMV）的转轴轴心轨迹监测方法和系统，其具有非接触式、非侵入式、高精度以及多点振动同步测量的优点。首先，对SSOCMV的系统组成和测量原理进行了介绍与分析；其次，搭建实验对比系统以验证SSOCMV系统的测量准确性，在SSOCMV系统探头的对称位置安装电涡流传感器以同步监测转轴轴心轨迹，便于对比两个系统的测量结果。实验结果表明，基于光学相干多点测振仪的转轴轴心轨迹监系统比电涡流传感器具有更高的位移分辨率和更好的信噪比。因此，SSOCMV系统在旋转机械状态监测、参数识别和故障诊断等方面具有良好的应用前景。
光学相干测振仪 转轴监测 轴心轨迹 动态测量 optical coherence vibrometer rotation shaft monitoring trajectory of shaft center dynamic measurement
福州大学机械工程及自动化学院, 福建 福州 350108
太赫兹解复用器和光栅耦合器的传统构建方法需借助经典理论和经验计算,故它们的设计流程复杂,而且性能依赖于单元结构参数。随着逆向设计方法的提出及应用,该方法可以在限定大小的基片上设计出符合功能需求的器件结构。基于此,将逆向设计方法应用于太赫兹解复用器和光栅耦合器的设计,器件的尺寸分别为3 mm×3 mm×200 μm和12 mm×12 mm×200 μm。FDTD(Finite-Difference Time-Domain)的仿真结果表明,太赫兹解复用器能够将一束含两种频率的太赫兹波完美地从两个端口分离,并且透射率在0.500 THz和0.417 THz频率处均高达0.75以上,其相邻通道间的串扰低于-19 dB。太赫兹光栅耦合器的耦合效率在0.32 THz频率处高达0.85。
集成光学 太赫兹 逆向设计 解复用器 光栅耦合器 FDTD
福州大学机械工程及自动化学院, 福建 福州 350108
针对结构三维振动同步测量问题,提出一种基于组合特征图案的单目视觉三维振动测量方法。组合特征图案由圆形图案和正弦条纹图案组成并喷涂或粘贴于待测结构表面,采用单目相机对该组合特征图案进行连续成像。运用图像重心算法提取圆形特征的重心坐标,求出结构平行于成像平面的二维振动信息,再运用能量重心频谱校正算法提取中心位置正弦条纹的密度信息,据此求出垂直于成像平面的振动信息,从而实现结构三维振动的同步测量。通过模拟仿真分析了图像噪声、成像分辨率、图案动态特征提取算法对测量性能的影响。对悬臂梁在脉冲激励下的空间自由振动进行实验测量,并与Hough变换圆检测算法的提取信号进行对比,结果表明该方法能够对结构三维振动位移信息进行高精度的同步测量。
测量 三维振动测量 组合特征图案 重心算法 单目视觉 激光与光电子学进展
2021, 58(22): 2212002
1 福州大学机械工程及自动化学院, 福建 福州 350108
2 福建医科大学附属第一医院, 福建 福州 350005
光学相干断层扫描是目前检测糖尿病视网膜黄斑病变较为灵敏的方法之一,但病变的人工判断易产生主观失误,且比较耗时。为此,本文在迁移学习的基础上提出了一种改进的深度学习网络,用于视网膜图像的自动分类。先基于自适应阈值联合高斯滤波算法对图像进行预处理;然后以预训练模型为基础,通过微调解决样本差异的问题,并以全局平均池化方法替代传统的全连接层来提取深层特征,以降低网络的过拟合现象。基于实验数据对该网络进行验证,所提网络对视网膜病变图像的分类准确率可达97.3%,说明了所提网络对视网膜黄斑病变图像自动分类的有效性。
医用光学 光学相干断层扫描 迁移学习 高斯滤波 微调 全局平均池化 激光与光电子学进展
2021, 58(1): 0117002
1 福州大学机械工程及自动化学院, 福建 福州 350108
2 福建医科大学附属第一医院, 福建 福州 350000
针对光学相干层析视网膜图像进行人工分类诊断时存在漏检、效率低等问题,提出一种基于深度学习技术构建联合多层特征的卷积神经网络分类算法。首先通过均值漂移和数据归一化算法对视网膜图像进行预处理,并结合损失函数加权算法解决数据不平衡问题;其次使用轻量深度可分离卷积替代普通卷积层,降低模型参数量,采用全局平均池化替换全连接层,增加空间鲁棒性,并联合不同卷积层构建特征融合层,加强层间特征流通;最后使用SoftMax分类器进行图像分类。实验结果表明,该模型在准确率、精确率、召回率上分别达到97%、95%、97%,缩短了识别时长,所提方法在视网膜图像分类诊断中具有良好的性能。
图像处理 卷积神经网络 视网膜图像 特征融合 加权损失函数 激光与光电子学进展
2020, 57(24): 241025
1 福州大学机械工程及自动化学院光学/太赫兹及无损检测实验室，福建福州 350108
2 上海大学机电工程及自动化学院，上海 200444
3 厦门市特种设备检验检测院，福建厦门 361000
根据超声红外热像检测图像的特点，为实现图像中缺陷的识别，提出了一种结合改进的自适应遗传算法和二维最大熵的分割方法，以实现准确、快速地分割出目标缺陷区域。该方法首先对超声红外图像进行预处理，得到了去噪后的图像，然后通过二维最大熵算法选取阈值将图像分为目标区域和背景区域，并结合改进的自适应遗传算法，提高分割速度。实验结果表明，该方法可以有效地滤除图像噪声，相比于穷举法和基于简单遗传算法的二维最大熵分割，本算法具有较好的分割速度和分割精度。
超声红外热像法 自适应 遗传算法 二维最大熵 ultrasound infrared thermography, adaptive, geneti
福州大学机械工程及自动化学院, 福建 福州 350108
在十字型太赫兹带通滤波器的时域有限差分法仿真中,随着铝箔厚度增大,主峰变窄,且高频处出现多个异常透射峰。利用飞秒激光微加工技术制备出铝箔厚度为150 μm的太赫兹滤波器,并利用时域太赫兹光谱系统进行性能测试。结果表明:实验结果与时域有限差分法模拟结果基本吻合;异常透射峰源于十字结构狭缝侧壁上的表面等离子体波的法布里-珀罗共振耦合,这种耦合效应可用于控制表面等离子体波,制造新型太赫兹器件。
表面光学 滤波器 太赫兹 表面等离子体 飞秒激光微加工 激光与光电子学进展
2019, 56(20): 202418
1 福州大学 机械工程及自动化学院 光学和太赫兹及无损检测实验室, 福建 福州350108
2 福建省医疗器械和生物技术重点实验室, 福建 福州350000
3 英国利物浦大学 电气电子工程系统, 利物浦 L69 3GJ
基于图像压缩传感理论, 在手动式光学单点成像系统的基础上研究了自动式光学单点成像系统。主要介绍了系统中自动编码转盘的设计以及编码块的获取, 采用一系列优化的编码块图案作为测量矩阵, 并利用最小均方差线性估计(MMSE)重构算法进行实验。实验研究表明, 通过7.8% 低采样率即可实现对字符样本的重构。该自动编码转盘系统自动化程度较高, 误差较小, 而且可随意改变测量次数。
压缩传感 稀疏性 测量矩阵 编码转盘 成像系统 compressive sensing sparsity sensing matrix rotating coding disc imaging system
