图像法求液滴表面张力和接触角

空间流体实验具有无人操作的特殊性,需要对监控图像进行实时处理,得到目标参数.本文研究了利用照相机捕捉到的液滴灰度图像,分析求取液滴的表面张力、接触角、体积等物理参数的方法.针对液滴的灰度图像,利用边界提取、域值分割等图像处理方法,得到液滴的基本轮廓.建立基于液面像素点坐标的拉普拉斯方程,运用牛顿一拉夫逊法、龙格-库塔法、坐标轮换法等多种数值方法,对液滴的边界进行拟合,寻求最优的轮廓拟合点.根据最优的拟合点,确定液滴的物理参数.提出了利用牛顿法与一维寻优相结合的算法进行轮廓拟合的方法,并与文献[1]提出的算法进行了比较,证明了该方法具有收敛速度较快,拟合精度较高的特点.该方法是实现空间蒸发液滴热毛细对流和接触角测量实验的一项关键技术,同时也可以运用到非接触测量的实验场合.      

实践十号卫星蒸发对流箱地面科学实验结果分析

实践十号卫星蒸发对流实验旨在研究置于加热底板的蒸发液滴在相变过程中,表面蒸发与表面张力驱动对流的耦合机理及其不稳定性.为与空间实验结果进行对比,利用蒸发对流箱完成在轨工况的科学匹配实验,获得相应工况的地面科学数据、工程参数及实验图像.通过对地面科学匹配实验结果进行分析,得到不同工况下液滴形貌（体积、表面积、接触角、液滴高度、液滴直径）变化规律,以及液滴蒸发过程中温度、热流量、蒸发速率和蒸发流量的变化规律.依据实验结果分析研究了具有质量交换的复杂流体相变界面的热质传输规律.      

三相线钉扎的大液滴蒸发实验

利用实践十号返回式科学实验卫星蒸发对流箱,开展了三相线处于钉扎状态且接触半径大于毛细长度的无水乙醇大滴在加热PTFE表面蒸发的地基科学实验.实验发现,液滴体积随时间线性递减,但钉扎大液滴蒸发过程中没有出现恒定接触角(CCA)阶段.与小液滴蒸发的恒定接触半径(CCR)阶段相同,大液滴的平均蒸发速率也与初始体积无关,表明受...     

空间液滴蒸发实验中液滴图像的无损压缩算法

为了提高空间液滴蒸发实验中图像无损压缩率, 根据连续采集到的液滴图像之间相关性很大的特点, 提出了一种基于JPEG-LS和帧间预测误差编码的图像序列无损压缩算法. 该算法对图像序列第一帧采用JPEG-LS算法编码, 对帧间预测误差帧进行Golomb编码, 从而实现对连续采集到的液滴图像序列进行无损压缩. 实验结果表明, 该算法比单纯采用JPEG-LS算法的压缩率有明显提高, 编解码过程更简单, 编码需要时间更少.      

使用深度神经网络检测Cassini ISS图像中圆盘状星体轮廓

Cassini空间探测器光学成像系统（ISS）拍摄的图像中，很多卫星呈现为面元，其轮廓检测是天体测量的重要工作.使用神经网络方法进行ISS图像中面元轮廓检测.每个ISS图像的像素分为轮廓边缘和非轮廓两类.使用神经网络框架TensorFlow，输入每个像素的9个特征，输出每个像素的分类.利用约3.6万个像素训练该网络，通过380幅ISS图像进行测试.与人工标记结果相比，轮廓像素检测的平均精确率为78.26%，平均召回率为73.32%.以检出轮廓像素作为输入，通过椭圆拟合得到面元的轮廓，所得轮廓与面元真实轮廓吻合良好.研究结果表明该方案能够有效检测出面元轮廓，进而给出假图像星的排除范围.      

蒸发效应与热毛细对流耦合现象的实验研究

实验研究了矩形液池中蒸发薄液居中蒸发效应与热毛细对流的耦合机理. 对于单纯的热毛细对流稳定性从实验和理论上已有深入研究,但目前国际上对带有菇发界面的热毛细对流问题尚缺乏研究. 特别是近来的研究发现,气液界面的蒸发对热毛细对流稳定性有很大的影响. 本实验以温度为主要控制参数,测量了不同工况下蒸发界面不同点的蒸发速率和表层温度,并利用 PIV 方法分析得到了液体内的嘛场分布. 实验结果发现,随着沿界面的温差增加,蒸发液体内的流型从稳定的单涡胞结构变为稳定的多祸胞结构,并最终演变为紊流结构. 综合分析以上测量结果并与理论分析结果进行了比较。      

基于NCCO的十字图像特征亚像素定位

利用标准互相关算子(NCCO)对机器视觉领域常用的十字图像特征进行匹配运算,发现相似函数在峰值区域的分布特征为4个互相对称的双曲面.据此提出一种基于NCCO图像匹配的双曲面拟合亚像素精密定位方法:首先进行粗定位,确定整像素级的相似函数峰值点;然后使用伪逆法对峰值区域的4个卦限分别进行最小二乘拟合;最后求解4个拟合双曲面的交点,得到图像特征的亚像素定位坐标.在微装配显微视觉系统上实现了该算法并进行了实验验证.实验表明:与常用的高斯拟合或二次曲面拟合方法相比,双曲面拟合方法在定位精度上为0.25个像素,而计算量大为减少.     

一种基于共面特征点的单摄像机姿态测量方法研究

利用单摄像机采集4个共面特征点图像的方法来测量物体的相对姿态变化。系统选用IR-LED作为特征点并对其发光特性进行优化控制,利用基于双线性插值的高斯曲面拟合方法确定图像特征点的坐标,最终使用解决P4P问题的一种线性解法确定特征点坐标及位姿变化信息。进行了实物和仿真实验,并对该方法进行了不确定度分析,结果表明这种方案具有较高的准确度、实时性。     

基于图像特征分析的物体轮廓提取

对物体的轮廓进行分析提取,是计算机视觉方向的基础问题之一,对其进行研究对于复杂场景的分析理解至关重要。本文对室内场景图像进行研究,基于图像特征进行图像分割,提取物体轮廓。在彩色场景图像全局轮廓后验边界概率（gPb）提取算法的基础上,加入深度图像信息,对室内场景的彩色、深度（RGB-D）图像中的物体轮廓进行分析。通过多尺度信息融合,计算得到多尺度轮廓后验概率（mPb）和谱后验概率（sPb）,两后验概率加权综合得到gPb。而后结合超度量轮廓图与分水岭算法,对基于方向特征变化的gPb图像融合处理,最终得到清晰的物体轮廓。本文所提方法在通用的RGB-D数据库基础上进行实验。实验结果表明,本文所提出的方法能提取出清晰的室内物体轮廓图。      

二次曲面拟合与拟合参数不确定度分析

由离散点进行二次曲面拟合问题可归结为存在约束条件的非线性优化问题,在总结了拟合参数初值计算和优化算法的基础上,研究了点位的坐标测量误差对拟合参数和曲面轮廓度评价的影响.给出了评价二者不确定度的解析方法和Monte-Carlo模拟方法,并指出,对于实际的测量数据,只有采用Monte-Carlo模拟方法进行拟合参数和轮廓度的不确定度评价才是可靠的.仿真实验和实物测量实验表明,给出的二次曲面拟合方法和不确定度估计方法是正确的.      

交流直线电机矢量变换控制软换向方法及实现

分析了磁场定向矢量控制原理,研究了将其应用于交流永磁直线电机的方法与实现途径,建立了基于PC和专用AD/DA板的交流永磁直线电机控制实验系统,采用C语言开发了磁场定向矢量控制程序,由初始化程序得到矢量控制所需的初始化参数,实时中断程序对控制电流进行矢量变换,进而实现对交流永磁直线电机驱动的工作台进行运动控制.通过对初始化阶段电机动子位置、恒定控制电流下A相电流以及电机位置、速度控制的实验数据分析,验证了所研究的基于磁场定向的交流直线电机矢量变换控制方法的有效性.      

一种非合作目标模型快速测量方法

服务航天器跟踪、接近和捕获目标时,需要快速获取目标卫星局部模块的精密3D轮廓。文章研究了一种基于结构光的单目测量系统,能够同时满足三维测量速度快、精度高等需求。提出了一种黑白DeBruijn序列编码方法,使用单张相机图片就可以完成重建,采用黑白条纹,增强了对空间反射的抗干扰能力。相比较于双目测量方法,该方法认为投影装置模型和相机模型一致,省去了图像匹配步骤,有效减少了计算时间;采用迭代的方法对点云进行重建,不需要预先进行畸变校正。以卫星模型为目标,使用高速相机进行了重建试验,试验结果表明采用这种方法进行重建时,采集图像时间短,深度信息误差为0.0583mm,速度和精度都能满足非合作目标的三维测量要求。     

用于原木材积检测的图像处理与分析算法

基于原木材积自动化检测系统的检测原理,研究并设计了关键的图像处理与分析算法.针对原木端面为类圆形状这一特点,对其进行Hough变换,然后结合数学形态学中的骨架提取算法,在骨架极值对应的最大圆盘中搜索Hough变换的峰值,使每一峰值对应一个原木端面,从而实现了原木端面图像的粗略分割.将活动轮廓模型变换到极坐标系中,以梯度的极值作为端面轮廓的候选点,可以利用动态规划法来获得能量泛函的全局极值,从而实现了精确提取端面轮廓.实验结果表明所提出的算法具有实用性.     

基于改进PCNN的轴尖表面缺陷检测

脉冲耦合神经网络(PCNN,Pulse Coupled Neural Network)与传统神经网络不同,不经过训练即可用于图像处理.针对PCNN模型中结构参数较多,且需要人工反复试验进行设置的困难,改进模型结构,简化了馈送输入和连接输入,减少了待定参数;根据邻域灰度动态地计算内部连接系数,由邻域的欧氏距离计算权值矩阵,再由图像的灰度特征计算动态阈值.将改进的PCNN用于陀螺轴尖表面缺陷图像的分割,用基于完整性与正确性指标的缓冲区匹配方法评价所提方法、最大熵法及Canny方法.针对不同缺陷图像的实验表明:所提算法的完整性与正确性都高于0.9,证明所提方法更有效.     

基于陆标图像的天体定点着陆信息融合导航方法

要安全准确着陆于地外天体指定地点,探测器在下降过程需实时精确确定其相对位置和速度.针对惯性导航结合斜距和相对速度测量的导航方式不能修正相对水平位置估计的缺点,以及多敏感器测量信息融合问题,提出基于陆标图像和协方差交叉算法的天体定点着陆自主导航方法.将光学成像敏感器加入到组合导航系统中,用于测量探测器相对陆标的视线方向以获得关键的相对水平位置信息.在状态估计时采用基于协方差交叉的分布式扩展卡尔曼滤波对多源测量信息作最优融合,提高算法的精度和鲁棒性.通过数学仿真验证了该方法的有效性.     

高可靠性航空电子设备热分析中的有限体积法

阐述了热对系统可靠性的影响,对比了数值法求解温度场分布的优缺点.针对航空电子设备热分析中同时要求满足高的分析精度和快的计算速度的问题,提出用有限体积法求解温度场分布的计算方法.根据典型航空电子设备的结构特点,建立了温度场的数学模型,给出了边界条件.在此基础上,用有限体积法对待求解方程离散化,给出了离散化过程中网格划分及边界的处理方法.结合实例进行了温度场求解,计算结果与热测量结果进行了对比,得到了较高的分析精度,验证了方法的有效性.最后对计算误差进行了分析,并提出了进一步热设计的合理化建议.      

编队飞行航天器平均轨道根数非线性控制研究

基于非线性动力学模型,研究了环绕编队航天器的相对运动控制问题,介绍了一种基于平均轨道根数的航天器编队飞行非线性闭环控制方法。以航天器在惯性坐标系下位置速度向量误差为输入量,给出了一种全状态反馈控制律,利用Lyapunov方法证明该闭环系统是渐进稳定的;最后利用该方法对一个编队进行控制,仿真结果表明了该控制方法的可行性。     

非均质壁面对液滴俘获能力的数值模拟研究

为研究不同非均质壁面对液滴的俘获能力,采用界面追踪法（FTM）结合广义滑移边界建立了接触角模型,对液滴在非均匀润湿的非均质壁面上的运动过程进行了数值模拟研究。液滴在倾斜壁面上受到重力作用由均匀润湿部分下滑至非均匀润湿部分,通过改变Bo数、Oh数、非均匀润湿程度研究了液滴在非均匀润湿区域的运动规律。研究表明:Bo数越大,液滴运动受壁面阻力影响越小,液滴下滑的速度越快,液滴越难以被俘获;Oh数越大,液滴运动受壁面阻力影响越小,液滴越难以被俘获;非均匀润湿程度越大,非均质壁面对液滴的阻力越大,液滴越易被俘获。