求解分数傅里叶变换衍射积分的一种快速算法

在对Lohmann 二型分数傅里叶变换(FRT)和菲涅耳衍射积分进行比较的基础上,给出基于快速傅里叶变换(FFT)求解该分数傅里叶变换和菲涅耳衍射积分的快速算法及算法适用范围.数值模拟实验证明了理论的可靠性和算法的高效性.此快速算法为分数傅里叶变换在工程实际中的进一步广泛应用奠定了基础.     

一种改良的啁啾变换算法及其应用

快速啁啾算法引入两次快速傅里叶变换（FFT）及一个解析高斯核,计算复杂度低于卷积算法.通过对啁啾算法实现过程进行的改进,避免了该算法在实现过程中存在的一些问题,比如输出窗口小、信号丢失、计算复杂度稍大等缺点. 把算法用于简单的可求得解析解的系统并与之做比较. 对高斯函数,最大误差通常在10^-15数量级,而对矩形函数,由于受FFT算法计算精度的影响,误差在10^-3数量级,但这并不影响算法的性能. 最后把算法用于一种典型的标量衍射系统及分数傅里叶变换的计算,获得了很好的结果. 关键词： 快速啁啾算法 啁啾Z变换 菲涅耳变换 分数傅里叶变换     

柯林斯公式的D-FFT计算

将柯林斯公式及其逆运算表示为卷积形式,导出对应的传递函数,讨论使用快速傅里叶变换(FFT)计算柯林斯公式时满足取样定理的条件,基于研究结果,给出光波通过一光学系统的衍射场计算及根据衍射场重建入射平面光波场的实例。     

快速傅里叶变换谱分析中的窗口修正

一.引 言 谱分析是物理学的一个重要内容.在光谱学、电子顺磁共振波谱学、核磁共振波谱学、无线电物理、音响与振动等等物理学领域里都要进行谱分析.傅里叶变换一直是谱的理论分析依据.随着数字计算技术的发展,1965年 Cooley和Tukey提出了快速傅里叶变换(FFT)方法[1],使离散傅里叶变换的复数乘法运算次数由N2次减小到(N/2)log2N次,大大降低了运算量,提高了运算速度,可以用数字计算机实现傅里叶谱分析了.FFT技术应用到上述诸领域,出现了傅里叶光谱学、脉冲傅里叶核磁共振波谱学等新分支;在实验技术上出现了傅里叶光谱仪、脉冲傅里叶核磁…     

角谱衍射公式的快速傅里叶变换计算及在数字全息波面重建中的应用

从取样定理出发,对角谱衍射公式及逆运算的快速傅里叶变换(FFT)进行了研究.基于研究结果.讨论数字全息研究中物光通过一个光学系统到达CCD探测器的波面重建问题.提出物光场的逆运算追迹重建及像空间波面重建两种方法.最后,通过数字全息实验及波面重建计算,对两种波面重建方法的可行性作出证明.     

激光传输衍射特性北大核心CSCD

对激光发射系统内的衍射效应进行了模拟计算,利用菲涅耳衍射积分公式的二维傅里叶变换形式,并采用快速傅里叶变换计算方法,讨论了使用快速傅里叶变换计算时二次相位因子满足采样定理的条件,提出了适用于不同传输距离的计算方法,重点对初始光束强度调制对激光传输的影响进行了详细分析。     

计算机模拟任意形状衍射屏的衍射

把菲涅耳衍射积分化为含快速傅里叶变换的积分,对任意形状衍射屏的衍射进行模拟,其特点是直接用含快速傅里叶变换的积分求解出不同传播距离观察屏上的光场分布,得出菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射的衍射花样.通过计算机对常见的缝孔的衍射的模拟,有助于理解衍射光在传播方向上近场衍射和远场衍射的不同和衍射花样的分布特征.     

基于液晶空间光调制器的全息显示

在传统的纯相位全息显示系统中, 一般基于快速傅里叶变换(FFT)算法来计算相位全息图, 在FFT的计算中需要遵循Nyquist采样定理, 因此, 重建图像的尺寸往往受限于空间光调制器的固定采样率. 这个限制可以通过卷积算法或者两步菲涅耳衍射算法来解决, 但是需要使用多个FFT的计算, 导致计算量增大. 鉴于此, 提出了一种基于透镜的纯相位全息图计算方法. 在全息图的计算中, 通过透镜的成像原理建立一个采样率可变的虚拟全息面, 通过调节相应的距离参数使得在全息图的计算中可以任意调节原始图像的采样率, 摆脱了传统方法中液晶空间光调制器带宽积对重建图像尺寸的限制, 并且这种算法只需使用一次FFT就能达到变采样率的衍射计算, 大幅提高了全息图的计算速度. 数值模拟及光学实验结果证明了此方法可以在全息显示光学系统中清晰地重建不同尺寸的图像. 同时该系统可以有效地消除由空间光调制器的像素化结构带来的零级衍射.     

失调单球面折射系统的衍射积分和分数傅里叶变换

根据球面的几何特征，分析了单球面折射光学系统折射面倾斜和偏心时的失调特征；由失调元件矩阵和共轴元件矩阵的依次相乘，得到了完备的描述失调单球面折射光学系统的矩阵；从系统衍射积分与失调矩阵元的关系导出了该系统的失调衍射积分，并利用单球面折射光学系统的分数傅里叶变换结构参数得到了系统失调时的分数傅里叶变换结果.这些结果可用于数值计算和模拟该系统失调时对输入复振幅的衍射和分数傅里叶变换.     

基于GPU和分块技术的巨幅影像快速傅里叶变换算法研究(英文)

快速傅里叶变换(FFT)是遥感影像处理的基础方法,随着高光谱、高空间和高时间分辨率遥感影像获取能力的提升,如何利用快速傅里叶变换技术快速有效地处理巨幅遥感影像是当前遥感影像处理技术中的重要环节和研究热点。傅里叶变换算法FFT是基本的图像处理算法之一,该算法可进行遥感影像的条带噪声去除、影像压缩和影像配准处理等多种用途。CUFFT函数库是NVIDIA公司提供的基于GPU的FFT算法库,FFTW是由MIT科学实验室计算机组在PC平台上开发的基于CPU的FFT算法,是目前在基于CPU的运行速度最快的FFT算法函数库,这两种实现共有的问题是当可用内存或显存的容量小于图像容量时,就会出现内存或显存溢出。针对这种问题,提出了一种基于GPU和分块技术的巨幅遥感影像快速傅里叶变换(huge remote fast Fourier transform,HRFFT)算法。通过对CUDA的CUFFT函数库中的FFT算法进行改进,解决了巨幅图像内存或显存溢出的问题,并结合HJ-1A卫星的CCD影像,通过实验与其他算法进行了对比,证明了该方法的合理性。在实际应用中,利用本文提出的HRFFT算法,改善了影像处理的效果,提高了遥感影像的质量,同时加快了影像处理的速度,节省了计算时间,取得了较好的效果。     

双边带付里叶交换方法的改进

本文提出了一种利用单边带算法来计算双边带干涉图的付里叶变换方法,给出了它对理论上模拟的干涉图函数和实际干涉图的变换结果。并将此结果同双边带方法以及传统的单边带方法(Forman法)的变换结果进行了比较,结果一致性很好,而且其计算速度比双边带和Forman法快,并保持了噪声的线性随机性,因而这种新方法具有较大的实用价值。     

移相干涉技术中移相器的自校正方法

移相干涉技术（ＰＳＩ）是８０年代兴起的一门干涉图形自动识别技术，移相器作为移相干涉技术的关键部件其移相误差将直接影响到移相干涉技术的干涉图的识别精度。本文提出了一种移相器的自校正方法，即利用移相干涉仪的自身系统，通过快速傅里叶方法，对移相器进行逐步逼近校正。结合移相式红外干涉仪的研制，给出了一组移相器的自动校正的实验，实验表明，校正后的移相器的非线性误差可由原来的５％降低到０．２％。     

非稳腔傍轴波动方程高斯球面波修正方法的数值研究

在分析用差分方法求解虚共焦非稳腔三维傍轴波动方程,及用数值积分方法与快速付氏变换(FFT)方法求解三维菲涅耳积分方程优缺点的基础上,从激光束在虚共焦非稳腔中以修正高斯球面波形式传输的特征出发,经坐标变换把发散(或会聚)的光束拉直成平行光束,然后用FFT方法求解了在新坐标系中修正函数满足的傍轴波动方程.把相同条件下得到的结果与国内外文献给出的结果进行了比较;计算COIL实验非稳腔给出的近远场结果图象合理正确.     

TOMOGRAPHY FORMULA FOR BIOCHEMICAL IMAGING OF THIN TISSUE WITH DIFFUSE-PHOTON DENSITY WAVES

Using the transport theory to describe the near infrared light propagating in tissue with finite parallel-plane geometry, and taking the zero-boundary condition, we obtain the analytical expression of average photon density and Green's function incorporating the boundary effects in the homogeneous tissure. Making use of perturbation theory we also obtain the analytical expression of scattered wave induced by the heterogeneity, and present the 2-dimensional spatial transform of scattered wave with respect to transverse coordinate. If the information of heterogeneity on depth and thickness is available, diffraction tomography formula is presented to save the time of image reconstruction; if the information is unknown, we suggest to obtain the inhomogeneous function from the one-dimensional integral equation of 2-dimensional spatial transform of scattered wave applying the direct matrix method or iterative method for image reconstruction. This approach avoids directly solving three-dimensional integral equation of scattered wave. In our proposed approach the strong points of the direct matrix method, iterative method, and diffraction tomography are fully combined.     

用傅里叶变换法测试平面衍射光栅的分辨特性

本文提出了测试平面衍射光栅的分辨特性的新方法,用干涉法测量光栅衍射的波阵面的相位,得出衍射波阵面的三维波面图,并用所取得的相位数据作傅里叶变换求得其在谱面上的光谱衍射斑——光谱线像的强度分布,并可据此确定半宽度值和分辨极限.文中叙述了这一新方法的优点、基本原理和实验方法,并给出应用这方法测量一批光栅所得结果中的两个例子,结果表明,与通常所用直接扫描光谱线法所测结果相符合.     

ICF靶腔曲面光场计算

传统的衍射计算方法都是针对衍射场为平面的计算,对于ICF靶腔衍射场为曲面时,计算困难。通过比较常用衍射计算方法的优缺点,基于层析成像的思想,提出采用快速傅里叶变换分层计算,并根据最相邻原则拟合曲面衍射场光场分布的快速计算方法。该方法可以计算出任意给定空间曲面上的光场分布,且具有计算快速、结果精确的优点。模拟分析表明,当分层数足够大时,采用该方法可有效解决ICF靶腔内壁曲面光场的计算问题。     

Three-dimensional electromagnetic nonlinear inversion in layered media by a hybrid diagonal tensor approximation: Stabilized biconjugate gradient fast Fourier transform method

This paper presents an efficient three-dimensional nonlinear electromagnetic inversion method in a multilayered medium for radar applications where the object size is comparable to the wavelength. In the first step of this two-step inversion algorithm, the diagonal tensor approximation is used in the Born iterative method. The solution of this approximate inversion is used as an initial guess for the second step in which further inversion is carried out using a distorted Born iterative method. Since the aim of the second step is to improve the accuracy of the inversion, a full-wave solver, the stabilized biconjugate-gradient fast Fourier transform algorithm, is used for forward modelling. The conjugate-gradient method is applied at each inversion iteration to minimize the functional cost. The usage of an iterative solver based on the FFT algorithm and the developed recursive matrix method combined with an interpolation technique to evaluate the layered medium Green's functions rapidly, makes this method highly efficient. An inversion problem with 32 768 complex unknowns can be solved with 1% relative error by using a simple personal computer. Several numerical experiments for arbitrarily located source and receiver arrays are presented to show the high efficiency and accuracy of the proposed method.     

Mertz法傅里叶光谱计算过程的改进

叙述了常用的Ｍｅｒｔｚ法的基本原理进一步讨论了其中的计算效率问题。通过利用实序列离散傅里叶变换的性质与相位校正的具体的处理内容相结合,优化了Ｍｅｒｔｚ法的计算处理,提高了计算效率。     

Three-dimensional electromagnetic nonlinear inversion in layered media by a hybrid diagonal tensor approximation: Stabilized biconjugate gradient fast Fourier transform method

This paper presents an efficient three-dimensional nonlinear electromagnetic inversion method in a multilayered medium for radar applications where the object size is comparable to the wavelength. In the first step of this two-step inversion algorithm, the diagonal tensor approximation is used in the Born iterative method. The solution of this approximate inversion is used as an initial guess for the second step in which further inversion is carried out using a distorted Born iterative method. Since the aim of the second step is to improve the accuracy of the inversion, a full-wave solver, the stabilized biconjugate-gradient fast Fourier transform algorithm, is used for forward modelling. The conjugate-gradient method is applied at each inversion iteration to minimize the functional cost. The usage of an iterative solver based on the FFT algorithm and the developed recursive matrix method combined with an interpolation technique to evaluate the layered medium Green's functions rapidly, makes this method highly efficient. An inversion problem with 32 768 complex unknowns can be solved with 1% relative error by using a simple personal computer. Several numerical experiments for arbitrarily located source and receiver arrays are presented to show the high efficiency and accuracy of the proposed method.