基于LED阵列的高速空间光调制方法及其成像系统

科技处

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单像素探测是关联成像区别于传统面阵探测成像的主要特点,它指关联成像使用一个或几个单像素探测器,而非面阵探测器(如CCD,CMOS等),来接收目标信号并重建其空间信息。单像素探测器技术成熟可靠、信号收集能力强,没有面阵探测器的像素间响应不均、存在坏点和对成像光学系统要求高等问题,尤其在特定探测波段的面阵探测器特别昂贵甚至不存在的情况下和需要多谱段复合成像的要求时,单像素关联成像为相应的目标探测提供了技术可行、成本可控、体积重量小的成像方案。
计算关联成像的单像素探测体制使关联成像技术必须依赖于某种空间光调制器件来实现成像,目前常规的方法包括采用激光照射旋转毛玻璃产生赝热光源,预制相位掩膜板,透射式液晶调制和反射式微透镜阵列(DMD)调制等。由于空间光调制器的调制速度有限(上述方法中最快的DMD目前达到22KHz调制速度),极大限制了关联成像获取目标信息的速度,是其技术发展的瓶颈问题,也是相关领域科学工作者亟待攻克的难点。
针对现有关联成像的成像速度受空间光调制器调制速度限制的问题,本项目研制了一种基于LED阵列的高速空间光调制技术及其成像系统,对关联成像速度实现了极大的提升,空间光调制速度达到了2.5MHz,成像速度达到了5KHz。

家庭智能监控防盗系统

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目前监控摄像机在商业应用中已经普遍存在,但并没有充分发挥其实时主动的监督作用,因为它们通常是将摄像机的输出结果记录下来,视频监控系统只能提供监控区域的图像,对监控区域的监控、对目标对象的识别、分析、辨别、跟踪等完全依靠人来进行。当异常情况(如停车场中的车辆被盗)发生后,保安人员才通过记录的结果观察发生的事实,但往往为时已晚。而我们需要的监控系统应能够每天连续24小时的实时监视,并自动分析摄像机捕捉的图像数据,当盗窃发生或发现到具有异常行为的可疑的人时,系统能向保卫人员准确及时地发出警报,从而避免犯罪的发生,同时也减少了雇佣大批监视人员所需要的人力、物力和财力的投入;在访问控制场合,可以利用人脸识别技术以便确定来人是否有进入该安全领域的权利。

针对市场需求,该项目研发出一种家庭智能监控防盗系统,包括智能监控系统、自动报警系统和网络服务器。该系统通过独有的环境和背景建模方法,解决遮挡情况下多目标跟踪和分割,实现海量监控目标的实时排查任务,实现完全自动的、实时监控和报警,达到真正意义上的智能监控,从而保证用户家庭安全。所采用的技术方案是:一套利用摄像头、智能监控分析系统和手机的结合达到的智能监控防盗系统。由智能监控系统、报警系统和网络服务器三部分组成,各部分之间通过Internet连接在一起。智能监控系统由宽带网络连接,手机通过GPRS/TD-SCDMA/WCDMA与智能监控系统相连。各部分之间通过TCP/IP通信,系统之间通过TCP方式通信。智能监控系统将摄像头录制的视频存储在网络视频服务器中,供智能视频分析系统分析视屏中的人物信息,从而实现监控视频中是否有陌生人进入,对进入的陌生人进行人脸识别,将人脸信息发送至用户手机,实现用户远程监控家庭安全的目的。

该项目开发出的家庭智能监控防盗系统实现了智能视频监控、自动报警与人工报警的完美结合,最大限度降低了用户的财产损失。本系统有全系统智能控制和远程监控的特色,可以适用于多种监控应用场景。

基于区块链潜信道技术的电子证据保存系统

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随着信息技术的发展与计算机网络的普及,电子证据作为大量电子商贸活动与网络交往活动的衍生品,已经在版权保护、商业维权、虚拟财产、移动办公等方面的取证与相关部门管理中扮演着越来越重要的角色。目前,大多数电子证据保存架构都是基于第三方的中心化云存储结构,除了其所带来的高成本、高维权壁垒、操作复杂、可扩展性差等服务体验问题,电子证据又具有独特的脆弱性,表现在其易于被篡改与复制,在丰富的格式转换中出现差错与故障,使得电子数据的安全性差。一旦第三方中心架构的存储节点被入侵,将会导致信息泄露、电子证据失效或被伪造等诸多严重的问题,并且服务提供方是否可信、合作的机构是否权威、其操作的透明性、规范性与合法性,都将对电子证据的安全性造成影响,而且,多个第三方机构的处理规范与取证接口良莠不一,且数据不互通且服务不兼容,从而为司法部门建立电子证据处理标准带来消极的影响。
在相关技术中,去中心化的区块链技术及其应用自比特币的出现以来,以其良好的数据安全性与匿名性风靡全球,而其配合共识机制达到“无需信任”的应用效果,完美的解决了诸多敏感场景下的信任问题。然而,相关技术中保存电子数据的成本高,且时效性差,无法满足大部分用户的使用需求,有待解决。为此,本成果提出一种基于区块链潜信道技术的电子证据保存系统,该系统可以提高电子数据保存的安全性和时效性,有效降低保存成本。

集成化核磁共振陀螺磁场闭环数字控制系统

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核磁共振陀螺仪以磁场控制为主要的原子操控方式之一,磁场的操控精度决定了核磁共振陀螺仪内部参考的准确与稳定,同时,磁场闭环控制作为核磁共振陀螺仪跟踪系统转动信号的共振激励源和频率测量单元,其闭环控制的精度与陀螺仪输出性能指标,如精度、漂移、噪声特性等直接相关。现有的核磁共振陀螺磁场闭环主要采用商用仪器在实验室中进行,而商用仪器本身存在限制:1、功能固化,不能灵活的针对核磁共振陀螺仪磁场闭环的需要进行改变;2、性能局限,一些需占用较多硬件资源的数字信号处理方法和控制方法难于应用;3、集成度低,不利于核磁共振陀螺仪整体体积的减小和功耗的降低。因此,一种集成化核磁共振陀螺磁场闭环数字控制系统是必需的。
本项目研发了一种集成化核磁共振陀螺磁场闭环数字控制系统,包括输入信号接口模块、模数转换芯片、FPGA模块、DSP模块、数模转换芯片、输出信号接口模块、通信接口模块。该装置通过输入信号接口模块和模数转换芯片获取核磁共振陀螺物理表头的光电检测信号,FPGA模块一方面对含有高频载波的光电检测信号进行一次解调得到平行分量和正交分量,另一方面对一次解调的平行分量进行二次解调,FPGA模块解调的数据传送给DSP模块,DSP模块按照一定的控制算法生成控制量,数模转换芯片和输出信号接口模块把控制量转换成模拟量传送到电流源电路,产生核磁共振陀螺线圈所需的控制电流,从而实现对核磁共振陀螺磁场的闭环控制,使得核磁共振陀螺控制装置的集成度大幅提高。
与现有核磁共振陀螺信号处理和控制的商用设备比较具有以下特点:(1)较实验室通用的商用仪器而言,本发明具有功能灵活的优点:磁场闭环数字控制系统可以针对核磁共振陀螺仪磁场闭环的需要进行实时的控制,便于实现复杂的控制算法,提高核磁共振陀螺磁场操控精度。(2)本发明对核磁共振陀螺调制频率信号进行高频载波和核子谐振频率的解调采用FPGA芯片,FPGA的并行性提高了信号处理的实时速度,大大减小了系统延时,提高了系统的稳定性。(3)采用FPGA芯片完成模数转换芯片的驱动控制,FPGA高速的对信号进行采样和预处理,兼顾速度及灵活性,同时DSP芯片用于处理数据量少,控制结构的复杂算法,充分发挥了每个模块的优点,提高了算法效率。(4)本发明结构灵活,有较强的通用性,适于模块化设计,同时开发周期较短,系统易于维护和扩展,适于实时信号处理与控制。(5)集成度高,大幅度减小系统体积和控制器功耗,这对于核磁共振陀螺磁场闭环功能的实现很有意义,且为核磁共振陀螺小型化和高精度奠定基础。

加快机场跑道尾涡消散技术

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当今航空运输业发展迅猛,我国航空年吞吐量实现了年均10%以上的增长。吞吐量的增加导致了机场航班起降频次的增加,也导致飞机起降间隔时间越来越短。而大型飞机的尾涡核心区域最大速度甚至会达到360km/h,速度剪切很强,湍流度也很高,两个尾涡之间更是会产生极强的下洗气流,后续的飞机在前机尾涡尚未消散前穿行其中会遭遇到严重的安全隐患,发生飞行高度快速下降、滚转、翻转失控、抖动和发动机停机等安全事故。
为了减轻和预防尾涡的危害,当前世界上航空技术领先的各国主要采取了两种措施:在机翼上施加流动控制技术减弱翼尖涡和限制机场起降间隔。前一种方法需要改造飞机结构,会影响飞行效率且不易实施;后者只是被动等待尾涡自然消散,无法加快其消散过程进而缩短飞机起降间隔,目前也鲜见有采用主动控制手段加快飞机尾涡消散的技术。
为了减小或降低当前飞机尾涡危害,本项目提出了一种通过主动流动控制加快机场跑道尾涡消散技术,所述方法采用易于布置在跑道表面的等离子射流激励器阵列,进行主动流动控制以加快跑道上空飞机尾涡的衰减,在不改造飞机结构和不影响飞行效率的前提下提升飞机起降过程中的飞行安全水平,缩短飞机起降间隔,提高机场运营效率。
该技术通过在机场跑道表面沿展向布置等离子射流激励器阵列,在脉冲电信号的激励下该等离子射流激励器阵列会产生沿流向的等离子射流,这一等离子射流会在短时间内诱导出一个沿展向分布的射流旋涡,此射流旋涡又会在流向等离子射流的作用下持续增强;与此同时由于飞机尾涡的诱导,此射流旋涡会向上运动并逐渐包绕在飞机尾涡周围,增加飞机尾涡的不稳定性并加快飞机尾涡的消散。每个等离子射流激励器阵列沿跑道展向布置,包括沿展向设置的底座、在底座上沿展向布置的多个等离子射流激励器、外露电极供电电缆、掩埋电极供电电缆、外露电极激励信号接入点和掩埋电极激励信号接入点;所述的等离子射流激励器由绝缘层、硅胶板、外露电极和掩埋电极组成,所述的绝缘层嵌入底座的凹槽中,掩埋电极嵌入在绝缘层的凹槽中,掩埋电极上方覆盖硅胶板实现掩埋电极与空气的绝缘;外露电极粘贴于硅胶板外侧与空气接触,外露电极的高度高于掩埋电极的高度,二者的流向方向不交叠;外露电极的高度高于底座的上表面;所述的外露电极供电电缆将所有等离子射流激励器的外露电极并联后,在外露电极激励信号接入点连接到控制系统,所述的掩埋电极供电电缆将所有等离子射流激励器的掩埋电极并联后,在掩埋电极激励信号接入点连接到控制系统,所述的外露电极和掩埋电极的激励信号由控制系统产生。
本发明有益效果在于:1. 可以主动加快尾涡消散,不需要改造飞机,也不必被动等待尾涡的自然消散。2. 利用了旋涡动力学的原理,通过增加尾涡的不稳定性来加快其消散,可以用能量较小的射流涡来加快能量较大的尾涡的消散,效率较高,尾涡的消散时间小于50s。3. 只需要在已有的机场跑道基础上直接加装厚度为毫米量级的等离子射流激励器,易于实施。并可以根据调整等离子射流激励器的个数和位置,控制飞机尾涡的消散时间。4. 等离子射流激励器只需要脉冲电信号的输入,不需要复杂的机械结构,便于控制,可靠性高。

社区智能垃圾云监管系统

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垃圾处理一直是城市规划、管理的主要事务。当前面向社区的垃圾处理方案还停留在简单地增加垃圾桶容量及数量的方法。例如,按照社区居民楼的分布,均匀地布置一定数量的垃圾桶。然而,在现实生活中,例如存在居民家庭人口数量不均而产生的垃圾量不同的情况,均匀分配垃圾桶数量会造成社区中有的地点垃圾桶常常满溢,而有的地点垃圾桶常常不满的情况。另外,现有的社区垃圾处理方式要求保洁人员时时巡视社区内的垃圾桶以便及时处理,这增大了保洁人员的工作强度,也没有提高垃圾处理的效率。鉴于以上问题,本项目通过云服务器技术实现了一种社区智能垃圾云监管系统及操作方法,其可以面向城市、社区、学校等不同应用场合和区域,智能提醒管理员和/或保洁人员管辖范围内哪些垃圾桶已满需要清理、高效率地解决社区垃圾管理问题、节省人力资源、规范用户扔垃圾的习惯,为整个智慧城市建设提供支持。
社区居民在向垃圾桶扔垃圾时,垃圾桶可以感测垃圾重量及高度信息。若桶内垃圾未满,垃圾桶将数据传输至设置于云服务器的数据管理系统。若桶内垃圾已满,在居民准备扔垃圾时,垃圾桶可以感知到有人时,垃圾桶将给出语音提示,并告知附近最短距离其他可以使用的垃圾桶。社区保洁人员可以通过用户终端模块查看垃圾桶状态,当垃圾桶内垃圾已满,保洁人员会接收到来自用户终端模块的垃圾桶已满的消息,此时保洁人员需要到达垃圾桶处,保洁人员可以利用RFID无线射频卡与垃圾桶的RFID感应区相互作用。此时,垃圾桶记录到保洁人员信息、垃圾桶内垃圾的高度信息及重量信息,并将数据传输至数据管理系统。数据传输功能可以通过移动通信技术(例如GPRS)传输数据,采用TCP/IP技术实现。所传输的数据包括垃圾桶内垃圾的重量信息及高度信息、GPS信息、保洁人员信息等。在云服务器运行的数据管理系统随时与多个垃圾桶建立TCP/IP连接,在建立与垃圾桶的TCP连接后,可以接收数据,在接收到数据后,对数据进行解析,例如从数据中提取垃圾桶节点号、垃圾桶名称、垃圾桶内垃圾高度数据、垃圾桶内垃圾重量数据、保洁人员信息等,并且存储已处理的数据。并且,数据管理系统还可以通过算法对所存储的数据进行处理,以生成最新数据值,同时也可以获得垃圾桶在一个时间段内的垃圾数据,以及保洁人员作业量。管理人员也可以通过用户终端模块获取数据管理系统处理并且存储的数据,以进行垃圾桶管理、垃圾量查询、垃圾量报表查询、垃圾量实时热力图显示、保洁人员管理、垃圾桶分布图查看等功能。
本项目实现了一种社区智能垃圾云监管系统及操作方法,其可以面向城市、社区、学校等不同应用场合和区域,智能提醒管理员和/或保洁人员管辖范围内哪些垃圾桶已满需要清理、高效率地解决社区垃圾管理问题、节省人力资源、规范用户扔垃圾的习惯,实现垃圾产生环节的监管,未来实现垃圾从产生到运输、分类、处理、回收整个流程的监管。环卫部门可以获取社区内一定时间产生的垃圾数据,例如每月平均垃圾量数据等。这些数据可以为保护环境,节约资源提供数据支持,更为以后的智能城市建设提供数据支持。

智能型路侧交通空气污染监测系统

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由于缺乏长期针对性的监测,交通污染对出行人群的健康影响仍难以量化。目前,以建立空气污染监测站为主的监测是最常见的空气污染监测方式。空气污染监测主要运用重量法以及大气飘尘浓度测定方法检测颗粒物,利用Saltzman法测量二氧化氮,利用紫外光度法测定臭氧,利用分光光度法测定二氧化硫,利用红外法测定一氧化碳等,通过以上测量可以得到较精确的污染物浓度或者数值。但是这些方法大都难以做到便携式集成,而建设和维护空气质量监测站成本高且不能移动,不利于交通污染监测。
目前还存在的以遥感为主的监测方式,主要利用光学成像系统远距离探测大区域内颗粒物的形成、转移等情况。该方法属于大范围颗粒物监测,受制于遥感设备的分辨率,不适合做小区域空气污染以及不可见气体污染的监测。
便携式空气污染监测仪器具备灵活易用的特点,然而传统的空气质量监测仪忽视了对实时交通流率,车型比例等交通参数的采集以及更深层次的交通状态挖掘。此外进行交通污染监测往往要考虑温湿度、风向、风力等气象因素。因而,现有的空气污染监测系统在交通源空气污染监测过程中针对性不足。
本项目的目的是在传统空气污染监测系统的基础上进行交通信息智能化集成与融合,形成集空气质量综合监测、交通信息采集、信息发布等功能在内的具有专业监测能力的综合性交通污染监测仪系统。

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