1 宁波大学机械工程与力学学院，浙江 宁波 315211
2 中国科学院宁波材料技术与工程研究所浙江省航空发动机极端制造技术研究重点实验室，浙江 宁波 315201
3 中国科学院大学宁波材料工程学院，浙江 宁波 315201
4 江西理工大学机电工程学院，江西 赣州 341000
采用多光束耦合纳秒激光对SiC陶瓷进行抛光试验研究，研究了耦合激光的双向光斑重叠率（δ）和能量密度（ED）对抛光表面质量的影响。使用激光共聚焦显微镜、扫描电子显微镜（SEM）、X射线能谱仪以及拉曼光谱仪等仪器观测表征了SiC陶瓷抛光前后的表面形貌、表面粗糙度、元素分布以及物相变化等。结果表明：随着δ和ED的增加，激光抛光表面出现重铸层，重铸层的拉曼光谱曲线含有Si的特征峰；当耦合激光的δ为75%、ED为4.254 J/cm2、扫描次数为2时，抛光表面粗糙度（Ra）降至0.73 μm；当δ和ED过大时，抛光表面易在孔隙附近出现微裂纹，并向周围延伸。
激光技术 激光抛光 多光束耦合 双向光斑重叠率 重铸层 SiC陶瓷 中国激光
2023, 50(16): 1602209
1 首都医科大学生物医学工程学院，北京 100069
2 首都医科大学临床生物力学应用基础研究北京市重点实验室，北京 100069
3 首都医科大学宣武医院骨科，北京 100053
在手术导航系统辅助的椎弓根螺钉内固定术中，术前与术中点云配准精度是影响导航定位效果的重要因素。由于术前与术中点云的获取方式不同，且术中暴露位置受限，两种非同源三维点云存在初始位姿差异大、重叠率低的问题，现有的配准算法在术前术中点云配准时容易失效且精度不高。为此，本文提出了一种椎弓根螺钉内固定术中非同源低重叠率点云的配准方法。首先，对术中点云进行降采样，对术前点云进行基于最远点采样的局部区域划分，选取其中的最优局部区域，与术中点云进行采样一致性初始配准；之后，采用迭代最近点算法进行进一步优化，实现点云的准确对齐。在本文所用数据集上，所提算法在术前术中点云配准实验中的平均旋转误差为0.406°，平移误差为0.474 mm，实现了初始位姿差异大、重叠率低的非同源术前术中点云的高精度配准，与现有算法相比，配准成功率从66.67%提高至100%。
医用光学 椎弓根螺钉内固定术 非同源点云 初始位姿差异大 低重叠率 点云配准
1 北京工业大学材料与制造学部激光工程研究院, 北京 100124
2 北京工业大学跨尺度激光成型制造技术教育部重点实验室, 北京 100124
为解决动压气浮轴承球面螺旋槽加工难度大的问题,提出一种基于Bézier曲面分割法的光斑重叠率补偿方法。通过研究平均功率、扫描速度、离焦量对TN85金属陶瓷激光刻蚀深度和宽度的影响,确定优化参数;采用1064 nm波长的皮秒激光配以二维x-y扫描振镜,在TN85金属陶瓷球面上完成了粗糙度Ra约为65 nm、深度为(4±1)μm、高度落差为4.5 mm的12条圆周分布螺旋槽阵列加工,加工时间小于10 min。所提方法实现了激光二维振镜对曲面螺旋刻槽深度可控的高精加工,兼顾精度效率,具有良好的工程化应用优势和发展前景。
超快光学 材料加工 球面 螺旋槽 激光 光斑重叠率 中国激光
2021, 48(14): 1402016
针对重叠率低的两片点云配准难度大、精度低等问题,提出了一种将聚类区域分块和凸优化问题相结合的点云配准方法。首先,利用点云的曲率特征进行多尺度描述符的建立,确保点云数据完整并且使冗余数据最小;其次,利用多尺度描述符的角度差异进行对应关系聚类分块,获取源点云与目标点云的重叠区域;最后,将重叠区域的点云以及它们的对应关系代入凸优化问题,进行离群值的去除和对应关系的优化,实现粗配准并利用迭代最近点算法进行细化。实验结果表明,所提算法能够缩小点云配准的有用搜索范围,减少配准计算量,为初始重叠程度较低的点云数据提供更具优势的配准精度和时间效率。
图像处理 低重叠率 点云配准 聚类分块 凸优化问题 多尺度描述符 激光与光电子学进展
2021, 58(8): 0810014
华南师范大学 物理与电信工程学院, 广东 广州 510006
人体图像分割作为人体行为理解和分析的基础, 但要实现精准分割及实时分割是一个巨大的难题, 因此提出一种深浅交错式特征融合的全卷积神经网络的方法, 应用于人体图像分割。使用全卷积神经网络的卷积层提取丰富的图像特征, 对不同深度的特征图由深到浅交错式地拼接并融合。最终将融合特征图送入卷积层输出预测图像, 并经过全局阈值分割得到分割结果。在百度人体图像分割数据库上进行实验, 其平均覆盖率可以达到89.95%, 最佳分割重叠率高达99.31%; 分割一幅500×500彩色图像的平均耗时为56ms, 实现较好的分割性能。
深度学习 全卷积神经网络 特征融合 图像分割 重叠率 deep learning fully convolution neural network feature fusion image segmentation overlap rate
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
2 中国科学院 航空光学成像与测量重点实验室，吉林 长春 130033
针对飞机姿态角、速度、高度对重叠率影响进行分析并给出了补偿方法。以图像目标直接地理定位方法为基础，给出了大倾斜成像重叠率的基于坐标变换分析方法；对飞行参数单变量影响给 出了几何分析方法及计算公式，两种方法结果是一致的。对于载机姿态角综合作用影响，利用基于坐标变换的方法给出了载机姿态角波动在1°范围内，分析了图像目标区域与预期区域偏离的结果 ，同时提出了使用相机位角和俯角对飞机姿态角影响进行补偿的方法，并给出了基于坐标变换方法的相机位角和俯角补偿量计算公式；基于几何分析结果，提出了通过调整拍照周期对载机速度和载 机高度波动影响进行补偿方法，并给出拍照周期的计算公式。仿真结果和实际飞行数据表明，使用相机位角和俯角进行载机姿态补偿，同时调整拍照周期，可以很好抑制航拍过程中飞机参数波动对 重叠率影响，在小视场角0.88°时，在平坦地区重叠率均值与预期值偏差为1%。
重叠率 载机参数 倾斜成像 坐标变换 拍照周期 overlap flight parameter oblique imaging coordinate transformation imaging period
1 沈阳理工大学 自动化与电气工程学院, 沈阳 110159
2 沈阳群贺新能源科技有限公司, 沈阳 110000
三维点云配准在医疗诊断及手术规划中有非常重要的作用, 而配准精度也一直是被关注的重点问题。介绍几种常见的配准算法, 并对第三方3D模型库中的Bunny、Dragon、和Hippo三维点云模型进行多组配准实验。对其配准精度进行验证。实验结果表明, Super-4pcs算法对于三维点云模型具有不同角度和低重叠率的情况, 相比于几种通用配准算法都能得到较好的配准效果, 且在低重叠率的情况下仍然能够达到0.001 m级的高精度配准效果。为医生能更有效的将点云配准算法应用于医疗诊断及手术规划中提供一定的理论指导。
配准 三维点云 低重叠率 医疗手术 registration 3D point cloud low overlap rate medical surgery
1 青岛理工大学 机械工程学院, 青岛 266520
2 温州大学 机电工程学院, 温州 325035
3 浙江久恒光电科技有限公司, 温州 325035
为了解决毫/纳秒激光加工微孔质量低的问题,利用脉冲宽度为200ps的脉冲激光,采用高速旋切法对厚度为0.2mm的SUS 304不锈钢薄板进行直径为200μm的微孔加工试验,用激光共聚焦显微镜观察孔的外观形貌,研究旋切速率、激光功率和离焦量等因素对孔径、锥度和热影响区等加工质量的影响。结果表明,旋切速率对微孔内壁质量有直接的影响; 通过提高转速来降低激光脉冲重叠率可以减小微孔内壁的热影响区; 适当增加激光功率,能够改善旋切加工微孔切口处的加工质量; 采用正离焦加工能够一定程度减小孔的锥度。优化工艺参量能够加工出热影响区小、边缘质量好的小锥度微孔。
激光技术 微孔 高速旋切法 皮秒激光 脉冲重叠率 锥度 laser technique micro hole high speed rotary cutting method picosecond laser pulse overlap ratio taper
