基于 L-曲线参数优化的均匀声场重建算法

为了得到最小二乘法声场重建问题的稳定解,通常需要引入Tikhonov正则化方法。然而正则化程度取决于正则化参数的选择。针对这一问题,提出了一种基于L-曲线法参数选择的均匀声场重建算法。该算法根据重建误差与扬声器功率计算得到L-曲线,该曲线上曲率最大的点所对应的参数值作为Tikhonov正则化参数的选值。确定正则化参数后可进一步得到扬声器权系数以及重建均匀声场。针对不同正则化参数取值方法,对控制区域进行均匀声场重建以及重建性能仿真。仿真结果及实验表明,L-曲线法实现了重建误差与扬声器驱动信号功率之间的平衡。     

显微数字全息中物光波前重建方法研究和比较

根据全息理论和线性系统理论,采用离轴无透镜傅里叶变换全息记录光路,对利用菲涅耳近似法、基于瑞利—索末菲衍射积分的卷积法以及角谱理论方法数值重建全息图进行了比较研究,并做了计算机模拟验证.结果表明：菲涅耳近似法和角谱方法重建像质比较好,且菲涅耳方法重建速度快；在记录距离极小的情况下,尽管记录距离不满足通常的菲涅耳近似条件,菲涅耳近似公式仍然成立；自由空间脉冲响应的快速傅里叶变换的性质与距离有关,由卷积方法得到的再现像只在某一特定距离下比较理想；对于极小物场、大孔径显微数字全息来说,菲涅耳近似重建方法是较为有效的方法.     

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.     

联合波叠加法的全息理论与实验研究

当空间声场中同时存在多个相干声源时，运用常规近场声全息方法无法重建每个相干声源表面的声学信息，当然也无法预测每个声源单独产生的空间声场，相干声场的全息重建与预测已成为全息技术推广应用过程中亟待解决的问题.在提出联合波叠加法并将其应用于空间声场变换的基础上，对其进行了实验研究.通过对实际相干声场的全息重建与预测，验证了常规波叠加法在相干声场重建中的局限性、联合波叠加法在相干声场全息重建与预测过程的可行性和准确性，还研究了Tikhonov正则化方法在抑制声学逆问题的非适定性中的有效性和滤波系数的选择原则的可行性，以提高全息重建与预测的精度. 关键词： 近场声全息 联合波叠加 相干声场 Tikhonov正则化     

半自由声场的全息重建和预测实验研究

半自由声场环境下的声源重建和声场预测研究对声全息技术走向实际应用具有非常重要的意义.在提出基于分布源边界点法的半自由声场全息重建和预测方法的基础上，对此展开了实验研究.并将重建和预测的结果与常规方法重建和预测的结果进行了比较和讨论，说明了重建预测过程中反射声压的影响和考虑反射声压的必要性，证明了所提出方法在解决半自由声场环境下存在地面反射时的声源重建和声场预测时的有效性和准确性.还提出了采用奇异值截断滤波和Tikhonov正则化方法来削弱测量误差的影响，从而进一步优化了重建结果，提高了全息成像的可信度. 关键词： 声全息 半自由场 边界点 声辐射 反射声     

分部优化正则化在近场声全息技术中的应用

在基于等效源法近场声全息技术的基础上,对稳定重建过程不适定性的正则化技术进行深入研究.为改善正则化效果,综合考虑Tikhonov正则化和截断奇异值法,提出一种新的分部优化正则化技术.该技术兼取了两种方法的优点,比Tikhonov正则化稳定,避免了过滤波等正则化失效的情况;比截断奇异值法精度高,包含了更多的细节信息.通过对简支板的数值仿真,分别和Tikhonov正则化和截断奇异值法进行了比较,说明了本文所提方法稳定性较好和精度较高的优点.最后通过实验研究进一步证明了本文方法的有效性和正确性.     

菲涅尔数字全息的脉冲响应

数字全息是用CCD记录全息图并用计算机数值重建全息像的一种全息新方法.在数字全息中,通过对不同记录参数下记录的全息图的数值处理,可以消除零级光和共轭光,从而将数字全息系统看作是一个线性系统.本文依据全息理论和付里叶频谱分析,对菲涅尔数字全息系统的脉冲响应和分辨本领进行了理论分析.结果表明,在矩形等间隔抽样的情形下,菲涅尔数字全息的脉冲响应是由CCD有限大小的孔径衍射斑调制的矩形函数;菲涅尔数字全息的分辨率由CCD的孔径尺寸决定;由于CCD像素具有一定的大小,使得点光源的像发生弥散.     

空间声场全息重建的波叠加方法研究

提出了基于波叠加法的近场声场全息技术，并将其用于任意形状物体的声辐射分析.在声辐射计算问题中，边界元法是通过离散边界面上的声学和位置变量来实现，而波叠加方法则通过叠加辐射体内部若干个简单源产生的声场来完成.因而，基于波叠加法的声全息就不存在边界面上的参数插值和奇异积分等问题，而这些问题是基于边界元法的声全息所固有的.与基于边界元法的声全息相比较，基于波叠加法的声全息在原理上更易于理解，在计算机上更容易实现.实验结果表明：该种全息技术在重建声场时，具有令人满意的重建精度. 关键词： 声全息 逆问题 波叠加方法 正则化方法     

大孔径声全息密集阵列的阵元数量去冗余方法

大孔径密集声全息阵列是实现对非平稳噪声成像的有效手段,通过现场快速成像可以掌握声场分布的动态特征。增加声阵列的孔径和阵元密度是提高近场声全息成像性能的主要措施,但随着声阵列阵元数量的增加,声压采集数据量增大,全息运算速度降低,全息成像动态性能下降,不利于现场即时成像分析。研究表明,在一定信噪比条件下,盲目增加阵元数量并不一定能提高近场声全息性能,为此,本文针对密集声全息阵列的阵元数量冗余问题进行研究,提出最优阵元数量估算方法,并采取去冗余处理。本文仿真和实验验证表明:针对一定信噪比条件下的密集阵列去冗余方法实际有效,可以在不降低近场声全息成像性能的前提下,降低运算量,提高全息成像速度,对于非平稳噪声的现场声全息成像测试具有实用意义。     

基于正则化迭代的并行磁共振图像重建算法

为了解决并行磁共振成像过程的病态性和图像信噪比下降问题,降低重建过程中噪声放大和异常值的干扰造成的图像信噪比的损失,提出了一种基于正则化共轭梯度迭代的并行磁共振成像重建算法;该算法基于最小二乘理论,引入正则化,优化方程,进而进行迭代重建;采用了不同加速因子的人脑磁共振K空间欠采样数据以验证该算法的重建性能,仿真结果表明了该算法相较于最小二乘法,能较大限度地降低噪声对重建结果的干扰,具有信噪比更高、误差更小、成像效果更好等特征;重建图像质量得到了较好的改善,对临床诊断更具有适用性。     

Patch nearfield acoustic holography in a moving medium

To realize the accurate reconstruction of sound field in a moving medium under the condition of limited holographic aperture, a patch nearfield acoustic holography (NAH) in a moving medium is proposed. The proposed method not only reduces the influence caused by the limited aperture effects through sound field extrapolation, but also perfectly suits for sound field reconstruction in a moving medium by improving the shape of the modified Tikhonov regularization filter and the noise estimation method in accordance with flow effects. In the method, two cases that the flow direction is parallel to and perpendicular to the hologram surface are considered. Especially in the perpendicular case, the expression of the wavenumber component in the z direction is improved to make the proposed method suitable for the moving medium at a high Mach number. Simulations are investigated to examine the performance of the proposed method and show its advantages by comparing with NAH in a moving medium and the conventional patch NAH. It is found that, the proposed method is effective and robust at different flow velocities of the medium and different frequencies of the sound source.     

低信噪比下的二维联合线性布雷格曼迭代快速超分辨成像算法

针对实际逆合成孔径雷达(ISAR)成像时带宽有限、方位孔径稀疏的小角度回波数据条件下,常规算法的成像分辨率不高等问题,基于压缩感知理论,提出了一种低信噪比条件下的二维联合布雷格曼迭代快速ISAR超分辨成像算法.首先,将雷达回波构建为距离频域-方位多普勒域的二维稀疏表示模型,在此基础上,将二维超分辨成像问题转换为二维联合压缩感知的稀疏重构问题;其次,为了避免重构时向量化操作带来的复杂度,提出了二维联合布雷格曼迭代算法,为实现快速重构,将加权残量迭代、估计停滞步长与感知矩阵条件数优化三种加快收敛速度的思想相结合,既利用了布雷格曼迭代在低信噪比条件下的重构能力又能保证快速成像.最后仿真实验结果表明在欠采样和低信噪比条件下本文算法能够缩短成像时间,且具备更好的噪声鲁棒性.     

基于支持向量回归的patch近场声全息研究

为了解决patch近场声全息中全息数据外推问题,提出一种基于支持向量回归的一步式patch近场声全息技术。该方法首先把初始全息面上的数据当成训练样本进行学习,构造出回归函数,然后利用回归函数实现全息数据外推,最后基于统计最优近场声全息进行重建。数值仿真和实验研究的结果表明:在各个分析频率下,该方法都可以实现小孔径全息面的近场外推。从近场声全息重建结果看,即使初始全息数据受到噪声干扰,该方法也是一种有效的patch近场声全息技术。      

灰度调整与数字全息图像质的关系

如何在有限的灰度级别下输出高质量全息图是人们关注的问题之一.文章从数字全息图 （计算机制全息图）的灰度直方图出发,研究灰度调整对全息图再现像质的影响.首先通过理论推导研究了压缩计算机制全息图中占比例少的灰度,展宽占比例多的灰度后全息图衍射效率的变化,发现处理后的计算机制全息图经灰度压缩的阈值越大,衍射效率越高.然后研究了灰度压缩的阈值对计算机制全息图再现像噪音的影响,发现全息图再现像的噪音随着阈值的增大,先减少再增大.实验表明,通过取合适的阈值对全息图进行灰度调整,可以在保证全息图再现像的信噪比的同时,提高全息图的衍射效率.计算机仿真和全息图光学再现实验证明了理论分析是正确的,为制作高质量的计算机制全息图提供了参考依据.     

The influence of hologram aperture on speckle noise in the reconstructed image of digital holography and its reduction

Based on the whole process of the recording and reconstruction of digital holography, we study the formation cause of speckle noise in its reconstructed image and acquire the conclusion that the small size of hologram aperture diffraction aggravates the speckle noise of reconstructed image and the speckle noise has been one of primary noise sources in the reconstruction process. In order to reduce the speckle noise resulting from little hologram aperture diffraction, we set an appropriate aperture function matching the recording parameter and aperture size of hologram and deconvolve the reconstructed image with it. The validity has been proved in theory and experiment. Therefore, it offers a brand-new thought and practical way to reduce the speckle noise in the reconstructed image of digital holography.     

基于菲涅耳波带板扫描全息术的光学层析成像

基于光学扫描全息术原理和编码孔径层析成像技术,提出了一种三维物体层析成像技术——菲涅耳波带板扫描全息术。该技术通过将物体的光强分布函数与菲涅耳波带板的光强分布函数进行卷积运算来得到物体的扫描全息图,通过相关解卷积的方法来进行扫描全息图的数字重建。依据该技术原理设计了实验系统,系统结构简单紧凑,具有三维物体层析成像功能。提出用数字高通滤波器来减少重建图像的背景噪声。计算机仿真及对实物的扫描记录和重建实验结果表明,该技术原理正确,用于三维物体层析成像是可行的,用数字高通滤波的方法提高重建图像的对比度是有效的。     

Z箍缩中子编码诊断系统模拟平台搭建

开发了基于Geant4的Z箍缩中子编码成像系统模拟平台,实现聚变中子编码成像诊断系统各关键部件的完整模拟。获得了低中子产额（约1010量级）下,中子经编码孔编码后在闪烁体阵列中形成的发光分布图像。利用维纳滤波、Richardson-Lucy（RL）及遗传算法（GA）对低中子产额下获得的极低信噪比图像进行重建,并对信噪比、中子产额及重建效果进行了对比研究,结果表明:遗传算法对低信噪比中子编码图像的重建具有很强的鲁棒性;中子编码图像的信噪比与遗传算法重建结果的准确性呈正比。     

Reduction of speckle noise in the reconstructed image of digital holography

Based on the whole process of recording and reconstruction of digital holography, we study the formation causes of speckle noise in the reconstructed image and its characteristics. And we reach the conclusions that the little hologram aperture diffraction aggravates the speckle noise and the speckle noise in the reconstructed image is a kind of multiplicative noise. Serving as the basis of these features, we propose the reduction technique for speckle noise. Firstly, we set an appropriate aperture function matching the recording parameter and an aperture size of hologram and deconvolve the reconstructed image of the hologram with it. Secondly, we converted the multiplicative noise into additive noise by means of homomorphic transform and realize the separation of signal and noise. Thirdly, we applied the Wiener filtering to reduce the additive noise. Finally, we carried out the inverse transformation. The proposed reduction technique is illustrated with experimental results. Therefore, the paper offers a brand-new thought and practical way of reducing the speckle noise in the reconstructed image of digital holography.     

噪声环境中的汉语浊语音检测

为了在低信噪比和复杂噪声环境下检测汉语浊语音,根据浊语音谐波结构特性,提出了一种鲁棒的浊语音检测方法。通过改进的谱跟踪算法,得到能表征浊语音谐波特性的一簇谱线;从谱线簇中提取谐波特征作为汉语浊语音检测的依据。在不同信噪比和不同噪声环境下的浊语音检测对比实验中全面优于传统方法,在0 dB信噪比时正识率高于传统方法约30%。实验结果表明,该方法在低信噪比和非平稳复杂噪声环境下都具有较好的浊语音检测效果。      

Speckle reduction by selective spatial-domain mask in digital holography

An improved method of using a selective spatial-domain mask to reduce speckle noise in digital holography is proposed.The sub-holograms are obtained from the original hologram filtered by the binary masks including a shifting aperture for being reconstructed. Normally, the speckle patterns of these sub-reconstructed images are different. The speckle intensity of the final reconstructed image is suppressed by averaging the favorable sub-reconstructed images which are selected based on the most optimal pixel intensity sub-range in the sub-holograms. Compared with the conventional spatial-domain mask method, the proposed method not only reduces the speckle noise more effectively with fewer sub-reconstructed images,but also reduces the redundant information used in the reconstruction process.