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光学精密工程

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2026年04期

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现代应用光学 | 航空发动机尾喷温度场的背景纹影光学中心校正

现代应用光学 | 航空发动机尾喷温度场的背景纹影光学中心校正

摘要：针对背景纹影技术中因相机光轴偏转导致的投影偏移与轴对称温度场重建失真问题，本文提出一种基于几何光学建模的光学中心校正方法。传统方法假定相机光轴与流场轴线严格对准,未考虑实际装调中不可避免的角度偏差。本研究通过建立存在光轴偏转的精确几何模型，推导了实际投影坐标与理想传感器坐标之间的解析映射关系，在单相机轴对称测量架构下实现了含偏转误差的偏折角准确解算。结合Abel逆变换与Gladstone-Dale关系，完成了从偏折角到折射率场再到温度场的完整重构。实验系统在 ±6^° 偏转范围内进行了验证，结果表明：在 ±6^° 工况下，重建温度场的平均偏差由传统方法的18.26K降至一0.94K，精度提升约一个数量级。该方法显著提高了背景纹影技术在非理想装调条件下的测量可靠性，为航空发动机尾喷温度场的高精度、强鲁棒性光学诊断提供了有效的校正手段。
现代应用光学 | 基于线结构光的滚动直线导轨型面精密测量与场景化算法研究

现代应用光学 | 基于线结构光的滚动直线导轨型面精密测量与场景化算法研究

摘要：为提升滚动直线导轨副中含微小圆弧特征复杂曲面的制造精度，保障滚动功能部件的刚度、摩擦力矩等服役性能，本文提出一种基于线结构光的滚动直线导轨型面精密高效测量方法。针对导轨型面的独特场景，构建了一套场景化改进算法的型面点云拟合体系，包括滚道区域加权的自适应体素滤波算法、多特征融合的PCA-K邻域拐点辨识算法及自适应半径约束的改进RANSAC圆弧拟合算法等。通过与三坐标测量机、影像测量仪的对比实验，验证该测量系统的测量精度优于 5μm ,达到SP级测量标准,能够实现导轨型面全轮廓检测,测量效率较三坐标测量机提升15倍以上,为滚动直线导轨型面的高精度、高效检测提供了理论支撑与技术方案。
现代应用光学 | LIBS结合最大相关最小冗余特征选择的镁合金快速分类识别

现代应用光学 | LIBS结合最大相关最小冗余特征选择的镁合金快速分类识别

摘要：镁合金因其低密度、高比强度和优异的耐腐蚀性能，在航空航天、汽车及电子工业中得到广泛应用。激光诱导击穿光谱(LIBS)具有分析速度快、无需复杂样品制备等优势,因此在镁合金检测领域具有良好应用前景。由于LIBS光谱在不同次测量中存在较大波动，同时不同类型镁合金的光谱相似度较高，数据中还包含冗余信息，直接分类往往效果有限。本文提出基于特征选择的镁合金快速分类方法，系统对比了最大相关最小冗余(mRMR）、随机森林(RF)和光谱指数三种特征选择方法，并结合支持向量机（Support Vector Machine，SVM）、反向传播神经网络（BPNN)和K近邻(KNN)三种分类模型，构建了多种镁合金分类模型。实验结果表明：mRMR-BPNN在仅使用180个特征的条件下,在首日和次日的数据测试中分别达到 99.4% 和 92.5% 的准确率，显著优于其他特征选择-分类器组合方法以及原始光谱直接分类方法。该方法在无需复杂前处理的条件下有效提升了模型的分类准确率与泛化能力，为镁铝合金材料的快速在线检测与质量控制提供了一种可靠分析手段,对推动LIBS技术在工业现场中的实际应用具有积极意义。
现代应用光学 | 车载长波红外线列扫描成像系统光机结构设计

现代应用光学 | 车载长波红外线列扫描成像系统光机结构设计

摘要：针对车载光电系统对作用距离和环境适应性的要求，设计了长波红外线列扫描成像系统的光机机构。基于光学探测需求与红外材料限制，采用带保护窗口的折反式光学方案，结合校正透镜组实现像差校正和动态调焦功能，使系统在-40～60^°C 温度范围内能够正常工作。提出基于工程塑料的柔性窗口组件结构，在实现轻量化的同时提升密封与抗振性能；构建铝制主镜室与殷钢支撑杆相结合的复合式主光学结构，有效抑制宽温变引起的热变形;设计多自由度次镜调节机构，兼顾装调精度与工程效率。有限元分析结果表明，整机质量为 28.3kg 时，一阶固有频率为 204Hz ，额定振动载荷下最大应力为 53.9MPa ，结构动态刚度和强度满足车载使用要求。经实验室测试，系统对目标成像清晰、噪声等效温差（NoiseEquivalentTemperatureDifference,NETD)为 40mK ；外场试验中，系统在经历振动环境后，在一 30°C 低温条件下仍能稳定成像，验证了其光机结构具有优异的环境适应性和工程实用性。
维纳技术与精密机械 | 压电纤维驱动的二自由度跨尺度粘滑运动平台

维纳技术与精密机械 | 压电纤维驱动的二自由度跨尺度粘滑运动平台

摘要：针对微操作与微装配领域的多自由度、宏行程以及高精度运动需求，提出压电粘滑驱动的二自由度跨尺度并联式解耦运动平台。采用压电纤维致动柔顺机构，设计驱动-结构一体式拱型驱动单元，实现纳米级运动分辨率、提高单步输出位移并使二维平面运动解耦。然后，利用粘滑驱动原理实现宏行程运动,并采用万向轴承与可调支撑柱提高承载能力。之后,通过有限元法建立平台理论模型,并对其输出位移和固有频率进行仿真分析。最后,搭建实验平台测试相关性能。实验结果表明：连续步进运动时，压电粘滑运动平台沿 x,y 向平动的最大单步位移分别为 249.6μm 和 237.3μm 运动范围为 16.10mm×16.08mm ；即使垂直负载为 30N 时，粘滑运动平台仍有 16.0μm 的单步输出位移。此外，单步精密运动时，位移分辨率分别为 6.3nm 和 6.8nm 。因此，所设计的压电粘滑运动平台可以满足多维跨尺度微纳运动需求。
维纳技术与精密机械 | 磁阻驱动柔顺精密定位平台设计与测试分析

维纳技术与精密机械 | 磁阻驱动柔顺精密定位平台设计与测试分析

摘要：为实现中短行程微纳米精密定位平台对高力密度与高精度控制的综合要求，设计分析了一种基于磁阻驱动器的柔顺精密定位平台，并对其进行了非线性磁滞建模和轨迹跟踪控制。首先，通过分析磁阻驱动器的等效磁路与不同气隙下的驱动力特性，结合柔性机构的刚度模型，确定了平台设计参数和适合平台工作的气隙大小;其次，搭建了实验平台系统,构建了包含有理函数与Prandtl-Ishlinskii逆磁滞模型的前馈补偿策略，实现了磁阻驱动器的非线性补偿。最后,利用比例-积分控制与陷波滤波器构成反馈控制方法，开展轨迹跟踪控制实验。实验结果表明：所构建的逆磁滞模型补偿和控制方法能够显著提升平台控制精度，非线性补偿后两种三角波信号的跟踪均方根误差分别降低了 69.2% 和 63.68% 验证了本文所设计磁阻驱动柔顺精密定位平台在微纳米定位中的可行性与有效性。
维纳技术与精密机械 | 可倾转双旋翼飞行系统起降控制器设计

维纳技术与精密机械 | 可倾转双旋翼飞行系统起降控制器设计

摘要：为了改进可倾转双旋翼飞行器起降的控制策略，设计了飞控系统中的起降控制器及其飞行验证实验。首先根据飞行器的非线性动力学方程，研究广义力和姿态耦合的非线性因素对起降控制器稳定性的作用，并将带有广义力和姿态乘积项的耦合状态方程线性化，得到系统控制优化的反馈增益矩阵。然后，针对实际的起降过程，利用机载惯性测量单元和超声测距单元所构成的测量装置，独立地测量了飞行器的姿态、加速度和飞行高度。最后，比较了起降控制器实测飞行高度和线性化状态方程的仿真，并分析了所设计的控制器对姿态和飞行高度的作用及耦合状态方程线性化的有效性。实验结果表明：飞行高度实测平均值和仿真值相差 -2mm ，最大值和仿真值相差 +8mm ，实测飞行高度和仿真的变化趋势一致，所设计的起降控制器满足系统控制稳定性的要求。本文所设计的起降控制器及方法能够有效地控制飞行器起降，具有实际应用价值。
维纳技术与精密机械 | 抗溶胀壳聚糖基复合薄膜实现湿度传感器高灵敏快响应

维纳技术与精密机械 | 抗溶胀壳聚糖基复合薄膜实现湿度传感器高灵敏快响应

摘要：壳聚糖作为生物基材料，兼具环境友好性与优异的吸湿能力，然而因其固有的高湿溶胀特性，导致传感器存在响应慢与长期可靠性低的问题。针对这些问题，本研究提出一种基于壳聚糖-二硫化钼复合材料的湿度传感器，旨在实现高灵敏度与快速响应。通过将二维二硫化钼纳米片引入壳聚糖基质，构建了具有交联网络的壳聚糖-二硫化钼复合湿敏薄膜。表征与性能测试结果表明，二硫化钼纳米片不仅通过氢键与壳聚糖形成交联网络，还构建了物理阻隔层，从而有效抑制了材料在高湿条件下的溶胀现象，同时增强了薄膜的水分子吸附能力与界面极化效应。所制备的壳聚糖-二硫化钼传感器具有宽工作湿度范围 (7%RH～95%RH) ，高灵敏度 (14200pF/%RH) 、较短的响应/恢复时间(15/25s）以及良好的重复性（5次循环相对标准差 2.08% ）与长时间稳定性（ 120h 无衰减）。此外，该传感器在呼吸模式识别与非接触式人机交互方面展现出潜在的应用价值。本研究为开发高性能、稳定的湿度传感器提供了一种有效的设计与制备策略。
信息科学 | 融合背景信息和方向信息的遥感图像旋转目标检测

信息科学 | 融合背景信息和方向信息的遥感图像旋转目标检测

摘要：针对遥感图像目标检测中因目标尺度差异大、方向分布复杂导致的检测精度不足问题，提出一种融合背景信息与方向信息的检测网络。首先,针对目标尺度差异大的问题,设计了感受野扩张模块(ReceptiveField Extending,RFE）。与传统的固定感受野或复杂多分支的结构不同，该模块通过大核分解、空洞卷积与并联分支结构设计,在不显著增加计算量的前提下，融合多尺度的背景信息，解决了不同尺度目标对背景信息需求差异的问题。其次，针对目标方向分布复杂的问题，设计方向感知交互注意力机制模块（Orientation Aware Cross Attention,OACA）。与现有的注意力机制卷积核形状不同,该模块通过水平与垂直方向可分离卷积提取方向纹理信息,防止特征缺失与断裂;同时设计交叉注意力机制,抑制背景噪声并增强方向信息的交互性。实验结果表明，提出的方法在DOTA,HRSC2016和DIOR-R数据集上检测精度分别达到 76.88%.98.43% 和 65.06% ，相比OrientedR-CNN方法分别提升了 1.01%,0.83% 和 0.76% ，进一步验证了背景信息和方向信息协同的有效性。
信息科学 | 改进YOLO11n的雾天路面缺陷轻量化检测

信息科学 | 改进YOLO11n的雾天路面缺陷轻量化检测

摘要：针对雾天路面缺陷检测精度低、模型参数量大的问题，提出改进YOLO1ln的雾天路面缺陷轻量化检测方法，旨在提高雾天环境检测精度和更利于轻量化部署。首先，在骨干网络中构建前端去雾网络(Dehaze-Network,DH-Net）,通过通道归一化和跨层统计量传递机制，保持去雾图像结构一致性并实现检测任务导向联合优化，减小雾气对检测效果的影响;其次,采用自适应下采样模块(ADown)替代传统卷积下采样,以减少参数量并保留关键空间特征,从而增强缺陷细节的提取能力;然后，设计高效多分支辅助特征金字塔网络，通过动态卷积核适配与加权双向特征金字塔融合增强雾天模糊目标的跨尺度表征能力,进一步减少雾天对检测的影响;最后，使用部分卷积对检测头进行轻量化改进,以部分卷积运算降低计算开销。通过在不同数据集实验表明，改进模型mAP较基准分别提升 2.1% 和 3% ，参数量降低 47.2% 。该方法为雾天路面巡检提供了高精度、低资源消耗的解决方案。
信息科学 | 基于扩散模型的细胞图像与掩膜联合生成数据扩充方法

信息科学 | 基于扩散模型的细胞图像与掩膜联合生成数据扩充方法

摘要：为了解决细胞图像分割任务中标注数据不足及传统增强方法局限性的问题，本研究首先提出了一种基于扩散模型的细胞图像与掩膜联合生成的数据扩充方法。该方法通过构建由噪声预测U-Net与噪声采样器组成的联合生成框架，将细胞图像和掩膜按通道堆叠为四通道联合图像，实现单阶段联合生成高质量合成数据，避免了多阶段生成引入的误差。模型融合时间嵌入与多头自注意力机制，以增强对细胞结构特征与掩膜对应关系的建模能力，并采用均方误差损失函数与余弦退火学习率调度优化训练过程。在CryoNuSeg和ISBI2012基准数据集上进行的全面实验结果表明，所提出的方法显著提高了下游分割模型的性能。在DPM ⁺⁺ 2MKarras采样设置下，CryoNuSeg的IoU与Dice分别达到62.50% 与 75.78% ，优于翻转、旋转等传统增强手段。结果验证了联合生成增强在扩展数据多样性与提升分割精度方面的优越性，为细胞图像分割在标注稀缺场景下提供了高效可行的数据扩充方案。
信息科学 | 单头自注意力和频域-空域融合的水下目标检测

信息科学 | 单头自注意力和频域-空域融合的水下目标检测

摘要：水体折射散射、光照不均致目标纹理模糊，水生生物多为伪装密集小目标，且水下资源受限平台对轻量化实时性有约束,这些因素共同加剧了水下目标检测的难度。为此，本文提出一种单头自注意力和频域-空域融合的YOLOv8n改进模型,YOLOv8n-SD。首先,设计局部全局特征融合增强主干网络,通过动态划分通道比例的单头自注意力机制,高效提取部分通道的长程全局信息；并融合高效特征提取块提取的局部细节信息，实现局部与全局特征的互补增强。其次,构建频域空域高效融合颈部网络,设计基于Haar小波变换与空间到深度变换的下采样模块,融合浅层高分辨率特征中重要的高频与空间信息；同时，采用快速归一化加权策略，动态优化多尺度特征融合效率。在水下公开数据集URPC2020与RUOD上,YOLOv8n-SD的 mAP_0.5:0.95 与 mAP₅₀ 指标分别达到 51.2%.85.7% 和 50.6%,85.0% 。同时，较基准模型参数量减少 42.3% ，计算负载降低 17.2% 。对比实验进一步验证，本文模型在多种复杂水下场景中均表现出良好的检测精度与鲁棒性。
信息科学 | 基于虚拟光场采集的医学影像立体显示技术

信息科学 | 基于虚拟光场采集的医学影像立体显示技术

摘要：为提升医学影像的三维可视化效果与裸眼立体显示性能，本文提出一种基于虚拟光场采集的医学影像光场显示方法。首先，以医学断层图像数据为基础，采用预处理算法处理原始图像数据，结合表面重建与改良版的二次误差度量简化算法，实现了构建轻量化三维医学模型的同时又保留了的其关键结构特征。然后，针对传统光场采集方式受限的问题,进一步设计了一种基于计算机图形学的虚拟相机阵列构建策略,在不依赖物理光学设备的前提下实现高质量虚拟光场内容生成。最后,通过多视角渲染技术对简化后的三维模型进行光场采集场景搭建，优化了光场图像的采集效率与空间分辨率。实验结果表明，最终在医学模型渲染开销下降 90.16% 的情况下，模型的几何精度仅损失 4.06% ，针对两个光学实验平台，虚拟光场采集系统的渲染效率分别达到了9.83FPS(帧/秒)和9.57FPS,光场基元图像生成效率大幅提升,基本满足了实时性采集要求。所提方法在保证医学模型几何精度的同时显著降低了模型复杂度，并有效提升了虚拟光场显示的质量与实时性。

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现代应用光学 | 航空发动机尾喷温度场的背景纹影光学中心校正

现代应用光学 | 航空发动机尾喷温度场的背景纹影光学中心校正

现代应用光学 | 基于线结构光的滚动直线导轨型面精密测量与场景化算法研究

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现代应用光学 | 车载长波红外线列扫描成像系统光机结构设计

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维纳技术与精密机械 | 压电纤维驱动的二自由度跨尺度粘滑运动平台

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维纳技术与精密机械 | 磁阻驱动柔顺精密定位平台设计与测试分析

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