基于波叠加法的近场声全息空间分辨率增强方法

提出一种基于波叠加法的近场声全息空间分辨率增强方法. 该方法在波叠加法的基础上,利用全息面声压信号求得布置在全息面附近的虚源面上的简单源源强,再根据求得的简单源源强实现对全息面声压的插值,进而利用插值后的全息面声压数据进行重建. 该方法可以提高近场声全息重建图像的空间分辨率,减少测量工作量,简化测量过程. 通过仿真对影响插值结果的参数进行了分析,给出了合理的选取范围;通过仿真和实验研究验证了该方法的有效性. 关键词： 波叠加法 近场声全息 空间分辨率     

双面声场反向神经网络声压外推分离

针对有限测量孔径造成的窗效应和离散传声器阵列带来的卷绕误差对双面声场分离技术的影响,提出了一种利用反向传播神经网络的全息面声压外推方法。该方法首先利用孔径内部测点平面坐标和相应声压值组成的学习样本训练神经网络,拟合出两者的函数关系。接着代入孔径外部测点坐标得到对应声压值,实现有限孔径外推。最后将已有测量值和外推测量值组成的虚拟大孔径导入双面声场分离处理。与传统外推方法相比,该方法不需要先验知识,操作简单,计算抗干扰能力强,结果准确性高。数值仿真和实验进一步验证了该方法在改善声场分离结果方面的可行性和有效性。      

基于时域多普勒修正的运动声全息识别方法

由于运动声源测量信号中多普勒效应的存在,一般声全息方法无法直接使用,而阵列信号波束成形处理方法无法进行定量分析.本方法建立了基于测量面、辐射面和全息面的运动学几何关系,提出了声源与测量信号之间的非线性时间映射方法,基于运动声源的声源特征函数,构造了消除多普勒效应的全息面时域声压分布.全息重建得到运动声源表面有效声压分布,实现了对主要声源处声压幅值的定量估计.实际运动声源的测量实验结果证明了该方法的有效性.     

基于分布源边界点法的局部近场声全息技术

为了克服基于分布源边界点法的近场声全息技术在小全息孔径条件下造成的重建误差问题,提出了基于分布源边界点法的局部近场声全息技术.该技术运用分布源边界点法,采用测得的较小全息面上的声压数据来外推较大全息面上的声压数据,然后用外推的数据进行全息重建.仿真和实验结果验证了采用该技术在小全息孔径条件下进行声源局部重建的有效性.     

全息声压场的加权范数外推方法

全息声压外推是Patch近场声全息技术的关键步骤.本文提出了全息声压的加权范数外推方法,该方法首先通过实测声压数据的功率谱信息构造频域加权范数,然后通过极小化频域加权范数实现全息声压外推.由于外推过程中同时利用了声压信号的波数域带宽和波数谱形状信息,因此其外推结果优于传统带限外推方法.数值仿真结果表明,该方法无论在外推精度还是计算效率上都明显优于经典的全息声压波数域外推方法.刚性箱体上的声激励固支板声压外推实验进一步验证了该方法的有效性和实用性. 关键词： 近场声全息 全息声压外推 加权范数     

近场声全息扫描仪的制作和验证

以基于格林函数的近场声全息理论为基础,用模块化结构设计方法组合40路硅咪采集模块、步进电机扫描模块和单片机控制存储模块,制作了近场声全息扫描仪.编写Matlab程序,正向和逆向重构空间不同位置处声波的声压和相位分布.测量单声源的复声压分布,声场全息重构符合实验测量结果.     

基于POCS的数字全息显微系统的超分辨实验研究

为提高数字全息显微系统的重建效果,将凸集投影算法应用于数字全息中,以实现数字全息的超分辨重建.首先,在数字全息和凸集投影法的理论基础上,搭建透射式离轴数字全息显微实验光路.然后,利用分辨率板验证凸集投影法在全息图超分辨率复原中的有效性.最后,通过微透镜阵列验证该方法在三维重建中的可行性.将参考全息图的三维重建结果,分别与低分辨率全息图和超分辨率复原全息图的重建结果进行残差估计.结果表明,后者残差的峰谷值和均方根值相比前者分别降低了36.88%和70.66%,证明该方法能够实现数字全息的超分辨重建.     

基于声压-振速测量的平面近场声全息实验研究

常规的近场声全息均是采用全息面声压或质点振速作为输入量求解,由于采用单一输入量无法分离来自全息面背向声波的干扰,因此要求所有声源均位于全息面的同一侧,即测量声场为自由声场,这种要求大大限制了近场声全息的实际应用.基于声压-速度测量的近场声全息以全息面上声压和质点振速同时作为输入量,通过建立和求解两侧声源在全息面上的声压和质点振速耦合关系,可以实现全息面两侧声波的分离,从而解决上述问题.文中在前期对声场分离技术研究的基础上,基于欧拉公式和有限差分近似,推导了新的基于声压-速度测量的平面近场声全息理论公式.随后通过实验检验了该方法在有背景源干扰情况下实现声场分离和重建的有效性.     

离轴数字全息超分辨率记录系统优化设计

超分辨率数字全息记录系统可以突破系统分辨极限,提高系统分辨率。设计不同形式的超分辨率记录系统用CCD记录高频物光信息是目前一个活跃的研究领域。基于取样定理及衍射的角谱理论对超分辨率离轴数字全息记录系统的设计进行研究,研究表明,无论选择何种设计方案,超分辨率系统所形成的等效CCD的面阵尺寸存在一个优化值,当实际设计尺寸大于优化值时并不能进一步提高分辨率,使用优化值设计的记录系统最紧凑。基于研究结果,导出优化设计超分辨率离轴数字全息系统的方法,以分辨率测试板为物体,使用数字全息再现光场复振幅叠加的方法,给出不同等效CCD尺寸时的重建像。实验结果证明了理论分析的正确性及可行性。     

基于改进DeepLabV3+的一步数字全息相位重建方法

数字全息显微术能够测量定量光场信息，但全息相位重建通常需要经过频谱滤波、模拟衍射、相位展开、畸变补偿等步骤，且在滤波时人工选取滤波窗口的尺寸误差会很大程度上影响成像质量。提出了一种基于改进DeepLabV3+网络的一步数字全息相位重建方法，在DeepLabV3+网络的基础上引入MobileNetV2结构进行改进。使用MobileNetV2提取全息图特征；通过空洞空间金字塔池融合多尺度特征；采用双线性插值的方法进行上采样，以得到高精度的定量相位重建结果。实验结果表明，与使用PhaseNet重建相比，方法在结构相似性指数上提高了6.5%,能够准确高效地实现数字全息高精度定量相位重建。     

多元混沌时间序列的多核极端学习机建模预测

多元混沌时间序列广泛存在于自然、经济、社会、工业等领域. 对多元混沌时间序列进行建模预测有助于人类更好地管理, 控制与决策. 针对多元混沌时间序列的建模预测问题, 本文提出一种基于多核极端学习机的预测方法. 首先对多元混沌时间序列进行相空间重构, 将多元混沌时间序列序列的时间相关性转化为空间相关性. 提出一种结合多核学习算法与核极端学习机模型的多核极端学习机建立相空间中输入输出数据的非线性映射. 多核极端学习机模型结合了多核学习算法的数据融合能力以及核极端学习机的训练简便优势. 基于Lorenz混沌时间序列预测和San Francisco河流月径流量预测的仿真实验表明, 与其他常见混沌时间序列预测方法相比, 本文提出的基于多核极端学习机的多元混沌时间序列预测方法具有更小的预测误差.     

Reconstruction of source distributions from sound pressures measured over discontinuous regions: multipatch holography and interpolation

In the present work, a method of alternating orthogonal projections is described in the context of near-field acoustical holography; it allows missing (or "not measured") data to be recovered, thus relieving the strictness of measurement requirements related to the use of the discrete Fourier transform. The method described here provides the detailed foundation for the patch holography procedure that has previously been introduced to mitigate finite measurement aperture effects by allowing the sound field to be iteratively extended beyond the measurement aperture. It is also shown that the latter iterative algorithm can be used regardless of the spatial distribution of measured data: i.e., patches can be discontinuous. Numerical simulations performed by using a synthetic sound field created by a point-driven, simply supported plate were used to demonstrate the latter point. In particular, a multipatch holography procedure is described that allows a source distribution to be reconstructed from the hologram pressure measured over multiple, unconnected patches. It is finally shown that a related approach allows spatial resolution enhancement by interpolation between measured points.     

Resolution improvement for enhancing interference fringes of digital holograms with near infrared illuminance

A new resolution improving method of enhancing the interference stripes, which can achieve better reconstruction of the recorded object of infrared digital holography has been proposed in this paper. The experiment is conducted under near infrared illuminance. We create poor quality holograms with very low-resolution interference stripes and enhance it with our new method. The processed holograms have much higher-resolution interference stripes. This method is based on interpolation theory, and we make it works fast, stable and easy to apply. Both the forward and backward interpolation of the oriental and portrait direction of the source pixels have been calculated, and have been used to realize the final aim of resolution improvement. During the experiment, since the responsivity of the CCD is not satisfied with the illuminance laser, which is by design, we also give specific analysis on the experimental setup of our work to make sure the object information can be fully recorded by the optical setup but cannot be reconstructed because of the low-resolution and unobvious of the interference stripes. After the resolution improvement process of the original hologram, the object information can then be fully reconstructed, which is very clear in the paper. Figures and dataflow give evidence and demonstrate the good performance of our method.     

Design and Evaluation of Computer Generated Hologram with Binary Subwavelength Structure Designed by Deterministic Process

A binary subwavelength structure for multilevel phase modulation can be designed by our previously proposed deterministic design method without iterative optimization method. To use our design technique in various applications of a computer generated hologram (CGH) like an array illuminator, beam-shaping, signal processing, and so on, an image quality of a reconstructed image from a CGH has become much more important. In this paper, we verify the image quality of a reconstructed image from a CGH designed by our method in terms of the modulation transfer function (MTF) and the spatial resolution. Simulation results show that our technique can theoretically achieve a MTF of more than 99% over a wide range and a spatial resolution of less than 9.66μm.     

数字全息图变频采样研究

根据Whittaker-Shannon抽样定理,对菲涅耳全息图进行变频率采样,保证整个全息图各部分采样频率为该处相应空间频率的两倍,从而完全消除数字全息图由于采样冗余而带来全息图的信息冗余.并且,对变频采样后的全息图进行线性插值恢复即可获得良好的再现像质.实验和理论均证明了该方法的有效性和可行性,为全息图的信息存贮与传输提出一条新的思路.     

长工作距离显微成像数字全息合成孔径方法(英文)

提出了一种用于长工作距离下显微成像的数字全息合成孔径方法。首先,在不同斜入射照明条件下记录多幅包含不同物光频谱范围的数字全息图。然后,利用每一幅全息图通过数字方法重构并放大物体强度像。最后,通过非相干叠加这些强度像得到分辨力提高且散斑噪声减小的合成物体强度像。理论分析和实验结果表明,此方法可应用于长工作距离下的原位显微观测。     

数字滤波法再现电子全息图

在分析电子全息图特性的基础上，提出频谱滤波法对电子全息图进行数字再现，以解决其再像之间相互重叠的问题，此方法首先将数字化的电子全息图进行傅里叶变换得到全息图的空间频谱，然后对此频谱进行滤波处理并作反傅里叶变换得到一幅新的全息图，最后再用一般的数字再现法对此新的全息图进行再现，用这种方法，可以很方便地得到不受干扰的再现实像。     

Phase aberration compensation of digital holographic microscopy based on least squares surface fitting

Digital holographic microscopy allows the numerical reconstruction of the complex wavefront of samples, especially biological samples such as living cells. In digital holographic microscopy, a microscope objective is introduced to improve the transverse resolution of the sample; however a phase aberration in the object wavefront is also brought along, which will affect the phase distribution of the reconstructed image. We propose here a numerical method to compensate for the phase aberration of thin transparent objects with a single hologram. The least squares surface fitting with points number less than the matrix of the original hologram is performed on the unwrapped phase distribution to remove the unwanted wavefront curvature. The proposed method is demonstrated with the samples of the cicada wings and epidermal cells of garlic, and the experimental results are consistent with that of the double exposure method.