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仪器仪表学报
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仪器仪表学报/Journal Chinese Journal of Scientific InstrumentCSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>本学报是中国仪器仪表学会主办，代表中国仪器仪表及自动化最高学术水平的唯一国内外公开发行的学术性刊物。学术性强、内容创新、注重应用，优先刊登具有创新成就和观点的中英文论文、综述性文章、论坛及信息。设有学术论文、研究通讯和短文、综述、信息等栏目。
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    基于循环跨视图转换和多状态特征融合的鸟瞰图生成方法

    刘明杰何峥言陈俊生刘平...
    133-142页
    查看更多>>摘要：针对多数基于多视角透视图的鸟瞰图(BEV)生成算法难以实现对语义不一致多状态关联特征的提取,以及模型性能与复杂度的平衡等问题,提出一种基于轻量级Transformer的BEV生成模型.该模型采用端到端的单阶段训练策略,通过建立交通场景中动态车辆和静态道路信息的关联,滤除生成视图中的噪声.基于此,一方面设计面向多尺度特征的Transformer循环跨视图转换模块,通过注意力机制实现对输入的位置编码和表征学习,捕捉特征序列中不同位置的依赖关系,提升BEV特征的鲁棒性;另一方面设计面向语义不一致的多状态BEV特征融合模块,提取静态道路和动态车辆的关联信息,提升生成BEV视图的精度.在NuScenes数据集上进行实验,结果表明,方法在确保低模型复杂度的前提下,达到了先进的BEV视图生成性能.动态车辆和静态道路的语义分割精度分别达到了43.2％和82.0％.

    视图转换轻量化Transformer模型鸟瞰图透视图

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    粉尘干扰下工业物料表面单视角三维热成像方法

    潘冬李奕天马晓路蒋朝辉...
    143-153页
    查看更多>>摘要：三维热成像技术结合了三维重建与红外热成像的优点,能够同时获取物体表面温度分布和几何结构信息,是直观呈现工业物料表面信息的有效手段.然而,在粉尘干扰下单视角成像环境中,常规三维热成像方法难以适用.为此,本文利用红外热像仪和深度相机搭建了三维热成像系统,提出了适用于粉尘干扰下工业物料表面单视角三维热成像方法.首先,建立了基于虚拟成像的联合外参数标定模型,解决单视角成像设备空间同步难的问题.其次,提出了基于辐射测温原理的红外测温近似补偿方法,获取粉尘干扰下误差较小的温度分布.然后,针对单视角三维热成像深度信息缺失和视角遮挡问题,提出了基于深度图绘制和视点优化的单视角三维热成像方法,实现最优视点下被测对象温度与形貌数据的融合.实验结果表明本文方法能够实现粉尘干扰下物料表面单视角三维热成像,保留更多的温度和深度信息,减小了红外测温误差.

    三维热成像粉尘干扰单视角温度补偿视点优化

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    基于元学习的变电设备小样本缺陷图像检测

    仲林林吴奇叶俊杰高丙团...
    154-167页
    查看更多>>摘要：缺陷图像检测是变电设备运维的重要技术手段.然而由于缺陷样本的稀缺,传统的基于海量数据训练的深度学习模型在实际应用中面临小样本缺陷检测的挑战.为此,本文引入元学习思想,提出一种面向变电设备小样本缺陷图像检测的深度学习模型.该模型的核心是前端网络权重的优化和面向小样本测试任务的模型微调.前者通过基于语义信息的任务生成策略,使模型能够快速适应新任务;后者则通过基于元学习的网络优化方法对模型进行微调,使模型能够在新任务上获得优异性能.实验结果表明,本文提出的改进方法可以使模型的综合检测精度提升7.33％,新增类别的检测精度提升11.48％,显著改善了模型对小样本缺陷和新增类别缺陷的检测性能.

    变电设备缺陷检测图像检测元学习小样本

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    基于双目背景纹影法的轴对称温度场自适应重构方法研究

    吴军王小宇唐源鸿张震...
    168-177页
    查看更多>>摘要：温度场测量在工业生产、制造领域有着非常重要的意义,纹影法作为一种流场可视化技术,可实现温度场的非接触式测量.然而,传统背景纹影法解算光线偏折角时需精确测量流场的中心坐标,这就极大限制了在某些工业测试领域中的应用.针对这种问题,本文提出一种基于双目背景纹影法的轴对称温度场自适应重构方法.首先通过双目背景纹影成像系统从两个方向采集温度场纹影成像,然后利用PnP算法通过单目视觉成像技术解算背景散斑板相对于双目相机的位置参数,进而解算温度场中心坐标,最后通过纹影法重构温度场分布.实验结果表明,本方法可以在对未知中心坐标的温度场进行精确重构,极大地拓展了纹影法的应用范围.

    温度场背景纹影法双目视觉PnP算法

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    载荷摆运动参数测量的射影校正法

    何烽李佳田阿晓荟刘佳音...
    178-187页
    查看更多>>摘要：精确测量载荷摆运动参数对起重运输的消摆控制至关重要.但现有单幅图像射影校正测量法因易受背景等因素干扰,导致共面直线约束提取难度增加,从而影响测量精度.为此,提出一种时序图像动态直线约束的射影校正法.首先,从特定时序图像中提取动态直线,并通过改进随机样本一致算法聚类,以确立直线约束;其次,根据直线约束采用列文伯格-马夸尔特(LM)迭代法估计灭点和绝对二次曲线,计算校正矩阵;最后,利用校正矩阵对标记点坐标进行校正,并推算摆角和小车速度.试验结果表明,本文方法较惯性测量单元测角的均方根误差为0.1247°,较设置小车速度的均方根误差为0.0036 m/s;同时,与逆透视校正法、单幅图像共面直线约束和非共面直线约束的射影校正法相比,测角精度分别提高69.05％、76.35％和93.91％,测速精度分别提高42.85％、47.06％和59.55％,表明方法可有效提高载荷摆运动参数测量精度.

    载荷摆运动参数射影校正动态直线单目视觉

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    热膨胀效应修正流量偏差促进时序神经网络精准侦测溢流研究

    梁海波杨梓为耿捷刘名杨...
    188-199页
    查看更多>>摘要：随着油气钻井日益向深部地层以及复杂地层发展,传统的溢流钻井事故监测凸显滞后性和多解性,复杂的地层情况和井下高温高压,导致流量计量产生偏差,这是造成溢流识别精度的主要问题之一,针对计量偏差问题,利用泥浆热膨胀效应,构建了一种流量修正模型,攻克非溢流影响因素,修正计量偏差.其次在修正流量数据的基础上,建立了多元数据融合与时序神经网络相结合的溢流识别预警模型,该模型的溢流漏报次数为0,溢流及时率相较于常规监测手段得到了较大的提升,可提前约5 min发出预警,在钻井作业工程中,具有较大的应用价值和前景.

    热膨胀效应溢流识别修正流量时序神经网络

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    基于激光的非接触式地下管道的测径方法

    鲍晓华王明亮周虎郭帅...
    200-208页
    查看更多>>摘要：针对现有地下管径测量方法中存在的测量精度以及可靠性差等的问题,提出了一种激光测距结合几何关系的测量方法.在管道中放入激光设备,通过对激光位置的特殊摆放,在管道内部往管径内壁3个方向发射激光,进行测距,经过推导得出管径的大小与激光测量距离的公式,实现城市地下管径的测量,并提出了一种通过对齐减少测量误差的方法,在这种情况下又做了分区实验,加强了理论推导的正确性与可行性.制作了样机,在实验室模拟环境下与实际管道进行了实验.实验表明,在实验室理想环境下,测量在最佳状态时,400、600、800 mm管径的绝对误差在±10、±9、±6 mm之内,相对误差在2.5％、1.5％、0.75％之内,在分区实验中,测量结果仍然准确.在实际环境中,误差相较于实验室环境下偏高,但仍能满足测量需求.该设备能够实现地下管径快速准确的测量,且可靠性高测量结构简单,成果可望用于地下管径的测量.

    激光测径仪管径非接触式测量485通信

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    基于无质量弹簧结构的肺组织动态建模及变形预测方法

    张来喜朱盛杰朱艳梅马凯威...
    209-221页
    查看更多>>摘要：在放射治疗中,人体呼吸运动将导致肺部发生变形,其上肿瘤随之发生的变形和空间运动对放射治疗的精准性和安全性产生不利影响.结合计算机断层扫描(CT)影像三维建模技术和呼吸力学原理,提出了一种基于无质量弹簧结构的肺部动态变形建模及变形预测方法.首先在在放疗前根据医学影像信息建立肺部模型,然后根据呼吸预测肺部的变形及其上肿瘤的运动.实验结果表明,根据预测方法得出的肺部变形与连续医学影像观测下的变形相一致,预测值与观测值的误差在合理范围之内.研究能够在常规医学条件下准确、高效地预测呼吸运动影响下肺部的变形与力学特性,为后续肿瘤位移补偿研究提供理论和方法支撑.

    肺部三维建模无质量弹簧模型动态建模变形预测

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    基于激光球杆干涉仪的数控机床空间误差高效测量、辨识与补偿

    肖域坤曾治霖唐越冯晓冰...
    222-233页
    查看更多>>摘要：空间误差补偿是提升数控机床精度和性能的重要途径.然而,机床空间误差元素众多,传统直接测量方法耗时长,限制了空间误差补偿的广泛应用.本文提出一种基于激光球杆干涉仪的数控机床空间误差高效测量、辨识与补偿方法.该方法利用激光球杆干涉仪在不同位置处测量的机床空间轨迹数据,采用多边测量原理解算出理论测量点的实际空间坐标;通过测量点的空间位置误差及数控机床的空间误差模型,辨识出机床各几何误差项;利用数控系统的原点偏移功能开发了实时误差补偿系统.数值仿真表明,本文误差辨识方法与Etalon TRAC-CAL软件的辨识结果基本一致.实验显示,本文方法可在1 h内完成三轴数控机床的测量与辨识,误差辨识结果与直接测量结果相近,误差补偿后机床空间精度显著提升,工件加工精度提升50％以上.该方法能大幅提高机床空间误差测量与补偿效率,具有广阔的工业应用前景.

    数控机床空间误差激光球杆干涉仪多边测量误差辨识误差补偿

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    调制式海洋电场传感输出噪声抑制

    段震宇文玉梅叶敬昌李平...
    234-243页
    查看更多>>摘要：海洋电场测量可应用于海洋地质结构探查、海洋矿藏资源勘探、海洋生物监测以及海中、海上运动目标发现追踪.调制式海洋电场传感器由于海洋环境和传感器工作机理,传感输出包含复杂的噪声成分,只有抑制了这些噪声,得到较高的信噪比,才能从传感输出中提取出可靠的电场信号.单一的噪声抑制方法难以有效降低多种噪声,为此本文提出针对调制式海洋电场传感器输出信号中噪声特点的复合去噪方法,将噪声分为宽带随机噪声、有用信号频带内的噪声和有用信号频带外的噪声3类.利用宽带随机噪声与有用信号的不相关性,使用自适应滤波器抑制宽带随机噪声.用带通滤波器抑制有用信号频带外的噪声,最后通过变分模态分解将有用信号从传感输出中提取出来,并通过包络检波实现解调.与单独使用带通滤波去噪、经验模态分解去噪以及小波去噪相比,利用本文方法处理的传感输出信噪比提升了12 dB以上,保证了调制式海洋电场传感信号的可靠解调.

    噪声抑制相关去噪带通滤波器VMD调制式电场传感器

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