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关键词： 多模态融合   图像融合   自监督学习   多域适用   自适应  

摘要： 多模态图像融合作为计算机视觉的一项关键技术,可整合来自不同模态的图像信息,以提供更全面和更准确的场景描述。这种技术能克服单一模态图像的局限性,从而增强源图像的信息表示能力。通过合并多模态图像数据,融合模型能够提供更丰富的特征信息,可进一步提高目标检测、目标跟踪和图像分割等下游任务的准确性,同时促进对复杂场景更深入的理解和解释。 针对红外图像、可见光图像、多曝光图像和多模态医学图像等数据,如何实现多种模态信息的深度融合与集成是现阶段图像融合研究的核心。在常规图像融合领域,模型轻量化或多域适用性是始终追求的目标,而随着融合应用场景的增多,如何实现复杂环境下的多模态图像融合同样面临挑战。在这种背景下,本文基于自监督学习等深度学习模型提出四种自编码器多模态图像融合算法,这对推动多模态融合发展起到促进作用。 本文主要研究内容与创新之处可总结如下: (1)提出轻量化自编码器图像融合算法。为提升轻量级自编码器融合模型的泛化性,利用一种密集连接与跳跃连接的并联分支结构实现多模态图像特征提取,一定程度提升了融合算法的编码器性能。最终获得网络参数为0.205M大小的轻量级融合模型,该模型在PSNR和RMSE的融合性能上超过了经典的多模态图像融合算法。 (2)提出多域适用的自编码器多模态图像融合算法。结合Transformer和卷积神经网络结构,提出一种混合型自编码器融合架构,以增强对源图像全局信息与局部信息的抽取能力。融合策略采用了新型复合注意力融合机制,实现了中间潜在特征表示在空间方向与通道方向上的有效聚合。所提算法能很好的应用在红外与可见光图像融合、多曝光图像融合及多模态医学图像融合等领域,并表现出一定的多域适用性。 (3)提出基于潜在特征映射的去烟雾自编码器图像融合算法。为解决有烟雾环境或带烟雾源图像的多模态融合问题,提出基于两阶段训练的直接去烟雾多模态图像融合模型,重点研究了潜在特征映射网络的模型结构与训练方法。对二阶段训练损失函数深入分析,采用新型分段优化器用于潜在特征映射网络的训练。与最新及经典图像融合方法相比,所提算法在中烟雾浓度和高烟雾浓度下具有较大的去烟雾融合优势。 (4)提出多场景复杂环境下的自适应自编码器图像融合算法。为进一步拓宽自编码器图像融合的应用范围,提出一种自适应度计算与潜在特征映射相结合的综合多模态图像融合算法。给出复杂场景自适应度计算的详细过程,并提出适用于自适应融合领域的新型评价指标。与SOTA融合算法相比,所提算法在双模态无烟雾图像、单模态有烟雾图像和不同浓度的双模态有烟雾图像等复杂场景下同时表现出较好的融合性能。同时,该算法成功应用于视觉目标跟踪和图像分割领域,展示了自适应去烟雾融合算法在下游任务中的有效性。

关键词： 色散效应   色散补偿   光纤布拉格光栅   DCF   分波补偿  

摘要： 光纤通信面临的挑战主要来自光纤损耗、非线性效应和色散,这限制了传输容量、速度和距离的提升。掺铒光纤放大器(EDFA)的引入解决了光纤传输中的损耗和衰减问题,从而扩展光纤的输送能力,允许信号跨越更远的距离传输。然而,这使得光纤通信发展面临的主要限制因素在于色散和非线性效应。色散补偿光纤(DCF)通常被用作一种有效的色散补偿技术,其具有广泛的补偿带宽和简便的安装特点。然而,它也存在一些问题,比如插入损耗较高和非线性效应较为显著。与之相比,光纤布拉格光栅(FBG)则表现出插入损耗低和非线性效应小的优势。本文主要基于DCF和FBG对单信道系统和波分复用(WDM)系统进行色散补偿研究,研究内容如下: (1)首先对光纤的色散特性进行了详细分析,并根据色散的产生机制利用相关公式进行了深入研究,以此为基础阐述了色散补偿的原理。然后进一步探讨了色散补偿的两种主要方式:DCF和FBG,并对各自的原理以及优缺点进行了详细讨论。最后分析了光纤中几种非线性效应,为后续工作研究奠定了一定的基础。 (2)在单信道系统中,首先分析了DCF的三种补偿方案,包括前补偿、后补偿和对称补偿,得出系统性能最佳的是后补偿,接着分析了后补偿在不同色散补偿方式下对系统的影响。然后针对后补偿方案,在其发射机后级联四级均匀光纤布拉格光栅(UFBG)的结构,以获得窄谱线宽度和最小化反射率旁瓣,在接收机前连接一个啁啾光纤布拉格光栅(CFBG)来补偿信道残余的色散,最后在有无级联光纤光栅两种情况下,分析了输入功率和传输距离对系统的影响。仿真结果说明,在输入功率为21d Bm时,系统的性能最佳,未级联光纤光栅时Q值为37.1528,级联光纤光栅之后Q值达到60.5521,系统性能提高约63%,同时也说明了该级联光纤光栅结构与DCF相结合的方式可提高系统的输出性能。 (3)在WDM系统中,分析了基于传统DCF的三种色散补偿方案,找出了最优前置补偿方案,对其进行优化设计。分别使用DCF和CFBG在各个通道的支路进行分波前色散补偿和分波后色散补偿的方法,以提高系统的输出性能。通过对两种分波补偿方案进行理论分析和仿真实验,分析和比较不同色散补偿方案下的Q值。仿真结果说明,使用DCF进行分波前补偿和分波后补偿时,得出DCF分波后补偿方案对系统传输性能提升较好;使用CFBG进行分波前补偿和分波后补偿时,得出CFBG分波后补偿方案对系统传输性能提升较好。对比分析三种色散补偿方案,得出CFBG分波后补偿方案色散补偿效果最好,同时也证实了两种分波补偿方案与DCF相结合的方式均可对系统性能起到改善的效果。

关键词： 数字光栅投影   自动多曝光融合   强反射物体表面   相机响应曲线   三维形貌重建  

摘要： 随着三维测量技术的发展,数字光栅投影技术因具有实时性、全场景性和非接触性等特点,相较于其它测量方法具有显著优势。但利用数字光栅投影技术对强反射物体表面进行三维重建时,相机获取的光栅条纹图像可能因为被测物表面局部像素点过饱和而导致图像中部分条纹模糊,影响后续解相,造成获取的三维点云数据部分缺失,引入测量误差影响三维重建精度。基于此,本文对数字光栅投影技术进行深入研究,旨在解决强反射物体表面三维重建问题,具体研究和工作如下: 首先,基于数字光栅投影技术对三维点云计算的原理与过程进行分析。选择采用四步相移法和双频外差解相法获取物体表面绝对相位;同时,引入一种高自由度的测量系统模型,简化相机与投影仪之间的约束条件减少测量误差的引入,并完成测量系统模型中各坐标系映射关系的推导,实现被测物表面相位值与相机坐标系下的三维坐标之间的转换,再利用棋盘格标定板进行标定得到坐标映射所需的八个参数,实现三维点云的计算。 其次,通过对强反射物体表面反射模型进行分析,确定其表面受镜面反射波尖的影响导致采集的图像出现局部过明或过暗的现象,造成测量精度下降。基于此,提出一种改进的自动多曝光强反射物体表面三维测量方法,首先通过系统灰度响应曲线确定合适的测量灰度值范围,进而确定曝光时间范围、基准曝光时间和基准点,并根据基准点灰度值随曝光时间的变化拟合相机响应函数,再由响应函数计算出照度值范围从而得到所需的曝光时间和次数;然后,将相机采集的不同曝光时间下光栅条纹图像与投射纯白图像下制作的掩膜图像相乘并进行线性变换叠加,保证原本出现高光区域的附近不会出现新的高光区域;最后通过对数变换调整图像的对比度,提升叠加后光栅条纹图像的暗部细节,得到一组高动态范围的光栅条纹图像。 随后,进行相机和投影仪等测量装置的选型并完成测量平台的搭建和标定;为了验证所提方法的有效性,通过对标准块、水泵压板护套和回程盘这三个强反射物体表面进行三维测量,并将本文方法与其它三种测量方法获得的实验结果进行对比分析,本文方法获得的条纹图像更清晰,点云图像中被测物表面细节更丰富,点云重建率达到99.2%以上;同时,为了验证本文方法三维测量的精确度,选择对阶梯块两平面之间的高度进行测量,测得两平面之间高度的相对误差为+1.108%,满足测量精度要求,确保了测量的准确性;然后采用统计滤波算法去除实验过程中引入的离散噪声点,减少噪声对后续三维重建的影响;最后利用Delaunay三角剖分准则和贪婪投影三角化算法建立三角网格拓扑结构,实现对强反射物体表面三维重建。通过对重建结果的对比分析,可见本文所提方法可以有效实现强反射物体表面三维形貌重建,在工业生产中具有一定的实用价值。 图[50]表[6]参[79]

关键词： 光纤传感   分布式光纤传感   光纤光学   拉曼散射   测温精度  

摘要： 光纤传感技术已经成为当今世界最令人瞩目、发展最为迅速的高新技术之一，它与通信技术、计算机技术构成信息产业的三大支柱，是当代科学技术发展的一个重要标志。拉曼分布式光纤传感技术凭借抗电磁干扰、电绝缘、本质安全、灵敏度高、体积小等优势，被广泛应用于国家大型基础设施结构健康安全监测，在深海深地、极地科考、大型水利工程、智能电网等诸多领域有重要应用价值。介绍了拉曼分布式光纤传感技术的基本工作原理，针对当前拉曼分布式光纤传感技术存在的科学问题和技术瓶颈，分别综述了补偿拉曼光衰减差异、系统信噪比（SNR）提升和改进型拉曼传输方程等用于提升系统测温精度的研究进展，重点介绍了本课题组的研究进展，并对未来可能的发展趋势进行探讨。

关键词： 光缆   工业电视   信号传输   光纤   系统设计  

摘要： 文章针对基于光缆的工业电视信号传输技术进行了深入研究与探讨。首先介绍了光纤传输原理与特点，以及光纤传输系统的组成与工作原理；其次，对基于光缆的工业电视信号传输的需求进行了分析，并提出了相应的系统设计方案，包括功能设计和硬件设计两个方面，涵盖了信号采集与处理、光纤传输与分发、用户接口与交互等关键功能；最后，测试验证了系统的可靠性和稳定性，为工业电视信号传输技术的实际应用提供了参考。

关键词： 循环流化床锅炉   耐磨   安装   热电偶  

摘要： 在循环流化床锅炉运行中，合理控制循环流化床锅炉的床温，可以使其长期稳定的运行。本文从“四个统一”的角度出发，通过优化传统施工方法，提高了床温监测的准确性，减少了热电偶的损坏率，为循环流化床锅炉的高效、稳定运行提供了有力的保障。

关键词： 自动化控制   PLC   图像处理   深度学习   数据云化  

摘要： 在玻璃制造过程中,原材料、加工技术以及设备状况等因素,均可能导致成品表面出现划痕、气泡和水渍等缺陷,这些缺陷会直接降低产品的合格率,在损害玻璃外观品质的同时,还会因削弱其物理性能而增加使用中的安全隐患。由于玻璃具有高透明度和低反射率的特点,导致其表面缺陷的自动化检测变得尤为困难,传统的检测方法主要依赖于人眼观察,效率低下、准确性及一致性难以保证。因此,本文设计了一个集成自动化控制、先进图像处理及数字化技术的玻璃生产线缺陷检测与数据集成可视化系统,主要研究内容如下: 1.采用PLC为控制器建立立式玻璃输送线电气控制系统。根据立式玻璃输送线的结构分析控制需求,利用光电传感器获取玻璃位置状态,并通过Modbus通讯协议,实现PLC与变频器以及上位机间的数据传输,有效实现了对玻璃输送与检测过程的控制。 2.采用基于工业视觉技术的缺陷检测方案,选用线阵相机捕捉图像,并利用Open CV库进行图像预处理。通过伽马矫正、中值滤波以及快速去噪等方法优化图像质量,并通过自适应二值化和图像分割技术精确识别待检测区域。 3.采用YOLOv8算法对缺陷图像进行识别和分类。首先对视觉实验台采集的样本进行标注,然后利用这些样本数据训练深度学习模型,最后通过实验验证了该模型可高效且准确进行玻璃缺陷的识别。 4.开发瑕疵检测软件。采用Py Side6框架进行人机界面开发,通过Things Board平台实现数据云化。所设计的软件实现了定制化功能,云平台的选择与部署有效保证了从任何地点均可进行数据的远程访问与管理,满足项目需求。 5.通过对所构建的电气控制与瑕疵检测系统进行实验验证,表明所设计系统可高效进行玻璃面板输送控制、缺陷检测和数据的可视化。经过对系统的实际部署和测试,证明所设系统能够有效应对大部分生产场景,显著提高了生产线的工作效率。