2014年第3卷第5期文章目次
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    • 基于 DNA 组装的纳米光电技术新进展

      2014, 3(5):1-9.

      摘要 (293) HTML (0) PDF 617.27 K (738) 评论 (0) 收藏

      摘要:新型纳米光电器件需要在纳米尺度实现对光学元件进行精确和可控的空间排列。DNA 具有独特的碱基配对识别机制和双螺旋结构,以及制备简单,形状和尺寸均可程序化设计,并可精确定点修饰等优势,因此已经作为模板组装各类超分子广泛应用于纳米光电和纳米医学等领域。DNA 组装的光子阵列是将一系列的发色官能团根据设计需要精确定位在 DNA 模板上,通过多步荧光共振能量转移,完成光子的传递过程。文章主要综述了近年来基于 DNA 组装的光子阵列取得的新进展,并对以后的发展进行展望。

    • 医学影像技术发展及分割特点

      2014, 3(5):10-18.

      摘要 (619) HTML (0) PDF 1.23 M (825) 评论 (0) 收藏

      摘要:医学影像技术发展到越来越先进成熟,但医学图像分割仍然是个难题。文章着重介绍医学影像的发展历程和医学图像分割技术的特点:在已有算法中加入新概念或新方法的同时,重视多种分割算法的有效结合。文章最后以主动轮廓模型(Active Shape Mode,ASM)算法、图割(Graph Cut,GC)算法以及图割-主动轮廓模型迭代(Iterative Graph-Cut-ASM,IGCASM)算法为例,进一步说明医学图像分割算法的共同特点。

    • 电化学生物传感器的研究进展

      2014, 3(5):19-27.

      摘要 (297) HTML (0) PDF 731.05 K (955) 评论 (0) 收藏

      摘要:电化学生物传感器将生物活性识别材料与电化学检测器件有机结合起来,广泛应用于临床医学、药物和食品分析与环境监测等领域。与其他电化学传感器相比,电化学生物传感器具有特异性好、检测灵敏度高和制作简便等优点。文章重点介绍了电化学生物传感器的基本原理、分类、研究进展及其在生物医学领域中的应用,并对电化学生物传感器的发展前景进行展望。

    • 基于最小面积差的三维模型简化算法

      2014, 3(5):28-36.

      摘要 (807) HTML (0) PDF 1004.02 K (756) 评论 (0) 收藏

      摘要:文章提出了一种基于面积误差度量下的三维网格模型简化方法。该方法通过极小化误差目标函数来简化三角网格模型。算法首先对边遍历,计算每条边的最小面积差;然后对面积差最小的边进行折叠;最后通过求解折叠边的最小面积差,确定新点的坐标。实验结果表明,该算法不仅可以反映局部表面几何变化,还可使模型仍 具有较高保真度。最后用实例说明了该方法的有效性。

    • 基于 MEKF 的直流无刷电机磁极位置与转速检测技术

      2014, 3(5):37-44.

      摘要 (387) HTML (0) PDF 2.57 M (580) 评论 (0) 收藏

      摘要:传统的扩展卡尔曼滤波器(Extended Kalman Filter,EKF)用于无刷直流电机状态辨识时,观测数据容易出现残差,辨识结果偏差大,位置及转速存在耦合,导致辨识系统鲁棒性弱。文章基于离散的直流无刷电机(Brushless DC Moter,BLDCM)数学模型和 M-估计方法,构建了改进的扩展卡尔曼滤波算法(MEKF)。首先,基于 BLDCM 的工作原理,建立了独立于 EKF 的 BLDCM 换相离散模型;其次,通过修正系统观测矩阵,对转速与位置的强耦合关系进行解耦,实现了 EKF 分离变量辨识;最后,基于去耦合后的时序模型设计出独立于 EKF 的转子位置检测模块,无需深度滤波就可实现转子的精确定位。实验仿真结果表明,文章方法能够有效抑制卡尔曼滤波器的粗差扰动,提高了系统抵抗初始值不确定性的干扰和系统鲁棒性。

    • 基于机器视觉的大黄鱼形态参数快速检测方法

      2014, 3(5):45-51.

      摘要 (346) HTML (0) PDF 892.88 K (834) 评论 (0) 收藏

      摘要:大黄鱼形态参数测量对大黄鱼养殖遗传选育和品质改良等具有重要意义。文章结合机器视觉和称重传感器技术,设计开发了一种大黄鱼体重、体长和体宽等外部形态多参数同步自动检测系统。该系统通过机器视觉自动检测鱼体外部形态参数,通过称重传感器自动获取鱼重量参数。实验结果表明,系统的尺寸测量平均误差为0.28%,鱼重测量平均误差为 0.74%,可以满足大黄鱼形态参数测量精度要求,为鱼类形态参数自动检测提供了一种有效的新途径。

    • 基于人工蜂群算法的胶囊内窥镜位姿磁定位研究

      2014, 3(5):52-60.

      摘要 (290) HTML (0) PDF 830.73 K (456) 评论 (0) 收藏

      摘要:胶囊内窥镜技术是胃肠道内窥镜检查的一个重大突破,但其临床反馈尚有一些问题待解决,其中一个问题就是定位跟踪。在各种可能的定位技术中,磁体定位技术具有不用供电且体积小等特点,应用于胶囊内窥镜的定位问题是非常合适的。文章针对磁体定位技术中的磁偶极子定位模型,提出一种新的算法——混合人工蜂群算法,并将该算法与标准人工蜂群算法、随机复合形算法、Levenberg-Marquart(LM)算法进行对比。实验结果表明,混合人工蜂群算法在算法定位精度、算法稳定性和抗噪能力等方面,比其他三种算法具有更优越的性能。

    • BPF 重建算法的 CUDA 并行实现

      2014, 3(5):61-68.

      摘要 (301) HTML (0) PDF 629.31 K (968) 评论 (0) 收藏

      摘要:反投影滤波(Backprojection-Filter,BPF)算法凭借其可实现感兴趣区域重建的优点,近年来逐渐被应用到锥束 CT 中。但是,由于算法的复杂性,实践中存在耗时问题,同时其 GPU 加速的实现亦存在显存不足等问题。因此,文章提出了一种基于 CUDA 的 BPF 并行加速算法。通过设计高效的算法框架,在保留其重建精度的前提下,有效地减少所需显存。此外,总结了正投影算法及 BPF 算法中采用的加速策略,如利用算法特征加速等,并引入显存池的概念优化算法架构。仿真实验结果表明,在精确重建的前提下,采用新框架重建 512×512×512 数据只需 8.055 s,感兴趣区域重建只需 4.566 s,只需 1.523 s 便可输出第一部分数据,且能把显存占用从 2.5 GB 减少到 100 MB 以下,适用于大数据重建。

    • 智能无线传感网络在温室环境监控中的应用研究

      2014, 3(5):69-75.

      摘要 (281) HTML (0) PDF 419.61 K (511) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对目前温室监控存在有线通信方式投资大、成本高,且信息采集点的增加使实施布线难度加大,特别是在一些偏僻位置无法应用等问题,文章提出一种层次化无线传感网络(Wireless Sensor Network,WSN)远程监控系统。该系统的传感网络节点可以随机布置、随意扩充和组合。同时利用无线网络协议栈的路由协议和能量监控等关键技术,设计了一套温室实验系统。通过对本系统的性能进行试验测试,结果表明系统具有良好稳定性和可靠性。

    • 基于对偶原理构造三相电流型多电平逆变器拓扑

      2014, 3(5):76-84.

      摘要 (311) HTML (0) PDF 732.95 K (552) 评论 (0) 收藏

      摘要:受三相逆变器拓扑图非平面性的制约,很难直接运用对偶原理实现三相电压型逆变器拓扑与三相电流型逆变器拓扑之间的相互转换。为充分利用三相电压型多电平逆变器的研究成果以便构造三相电流型多电平逆变器拓扑,文章探讨了针对三相电压型二电平逆变器的两种拓扑图平面化处理方法,并分析了用于构造三相电流型多电平逆变器拓扑的可行性。在三相飞跨电容箝位电压型多电平逆变器拓扑基础上,通过增加一个独立电压源获得其平面化的等效电路,并以此作为原始拓扑利用对偶原理提出了一种新型的三相电流型多电平逆变器拓扑。采用多载波 SPWM 技术对该类逆变器的正确性与合理性进行了仿真验证。

    • 一种磁性目标定位跟踪系统的标定方法

      2014, 3(5):85-96.

      摘要 (321) HTML (0) PDF 2.26 M (733) 评论 (0) 收藏

      摘要:文章磁目标跟踪系统选用霍尼韦尔 HMC1043 磁传感器阵列来采集永磁体的磁场信息,并实现定位。由于磁场传感器阵列的各传感器位置、方向和灵敏度直接影响系统定位的精确度,所以要求对这些磁传感器参数进行准确的标定。文章针对磁传感器阵列的标定问题提出了目标误差函数和优化计算方法。通过对所有参数的迭代计算和优化更新使目标误差函数达到最小,完成对磁传感器的位置、方向和灵敏度等参数的标定。文章方法已对实际传感器系统实施应用。在 MATLAB 环境下,PC 机采集目标磁体的磁场信号,通过算法计算确定所有磁传感器的位置、方向和灵敏度,完成标定。通过文章方法的标定,系统定位精度有明显的提高,本方法的可行性和合理性也因此得到验证。

    • 远程视频监控系统的研究与设计

      2014, 3(5):97-103.

      摘要 (311) HTML (0) PDF 739.34 K (572) 评论 (0) 收藏

      摘要:视频监控系统是数字化时代的最新发展趋势,而远程视频传输是其主要研究内容。文章以某制造业的工业现场为视频监控系统的研究背景,以 C# 为其开发环境,通过现场上位机将采集到的海康摄像机视频信息通过套接字发送到远程服务器上的数据库中,实现远程视频传输。远程客户端通过调用 WCF 中的函数来获得远程服务器数据库中的视频数据,实现视频实时显示。现场上位机再建立一个套接字,用来与远程客户端进行 XML 传输标志位,实现远程控制摄像机,达到了视频监控的功能。实施结果证明该技术可以方便灵活地实现多工业现场下位机—服务器—多客户机的视频监控系统搭建,并且可以保证数据传输的完整性和可靠性。

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