复杂背景下混合畸变目标识别技术

结合高斯函数和最大平均相关高度算法设计了高斯-最大平均相关高度滤波器,解决了光学相关识别系统对混合畸变目标(同时存在比例畸变和旋转畸变的目标)的识别问题.在设计滤波器时,通过优化平衡高斯-最大平均相关高度滤波器的标准差σ、输出噪声方差系数α、平均相关能量系数β及平均相似测量系数γ来提高高斯-最大平均相关高度滤波器对混合畸变目标的响应能力.最后通过仿真实验可知,在畸变容差范围(比例畸变0.92~1.16倍,旋转畸变-8度~24度)内,Vander Lugt相关器利用单个高斯-最大平均相关高度滤波器可以实现任意状态混合畸变目标的识别.作为实例,用高斯-最大平均相关高度滤波器对复杂背景下的飞机目标进行了识别实验,验证了该方法的可行性.     

目标图像长宽比对Vander Lugt相关器特性的影响

分析了使用VLC进行光学相关识别时目标图像长宽比的变化对匹配滤波器畸变容限和输出相关峰值的影响。利用非约束纯相位匹配滤波器算法和迂回相位编码方法设计匹配滤波器,对具有确定面积和透过率而长宽比不同的矩形目标进行光学相关识别。模拟和实验结果表明：随着目标图像长宽比增加,匹配滤波器畸变容限减小,相关峰值降低。VLC更容易识别长宽比趋近1的目标图像。     

用于畸变目标相关识别的匹配滤波器设计

针对尺度缩放和角度旋转变化目标相关识别率低的问题,采用优化折中综合鉴别函数方法设计了具有较大畸变容限的匹配滤波器。在匹配滤波器设计时,通过调整相关输出噪声、训练样本平均功率谱密度和训练样本相似度对训练样本平均值的贡献,得到具有带通性质的匹配滤波器。利用单个匹配滤波器对角度旋转0°～30°、尺度变化0～20%的目标进行了相关识别仿真实验。结果表明：这种匹配滤波器相关输出峰尖锐、鉴别力强、畸变容限大,可用于畸变目标的光学相关识别。     

最大平均相关高度滤波算法在畸变目标识别中的应用

为了解决在联合变换相关器上无法识别复杂背景下畸变目标(目标的平面内旋转或尺寸改变)的问题,对其应用最大平均相关高度滤波算法进行畸变目标识别.首先在频域内优化最大平均相关高度滤波器的三个性能控制参量|然后将优化好的最大平均相关高度频域滤波器映射到物空间,得到最大平均相关高度参考模板.作为实例,本文对复杂背景下的军舰和汽车目标进行了光学识别实验,结果表明,当滤波器的控制参量为γ=1,α=0,β=0.1时,得到的MACH参考模板最为清晰,目标产生的相关峰最为尖锐明亮.通过这种方法,在联合变换相关器上能够得到的比例畸变容差为28%,旋转畸变容差为20°,对于超出上述畸变容差范围的目标,相关峰强度逐步减弱,但部分仍然可以识别.改进后的MACH滤波器在畸变目标的探测领域具有很强的优势和良好的应用前景.     

Karhunen Loeve变换用于光学相关识别旋转目标研究

提出利用Karhunen Loeve变换（K-L变换）识别旋转畸变目标的方法.利用K-L变换法对不同旋转目标进行处理得到不同特征值,取前两个最大的特征值所对应的特征向量分别进行滤波器编码,把得到的匹配滤波器分别加载到VLC相关器上进行光路识别.针对两个滤波器产生的相关峰值曲线波动性较大的缺点,采用线性叠加法进行改进.实验结果表明,该方法使峰值的波动性得到降低.     

最大平均相关高度滤波算法在畸变目标识别中的应用

为了解决在联合变换相关器上无法识别复杂背景下畸变目标(目标的平面内旋转或尺寸改变)的问题,对其应用最大平均相关高度滤波算法进行畸变目标识别.首先在频域内优化最大平均相关高度滤波器的三个性能控制参量;然后将优化好的最大平均相关高度频域滤波器映射到物空问,得到最大平均相关高度参考模板,作为实例,本文对复杂背景下的军舰和汽车...     

折反式2f系统光学相关器的研究

为进一步缩小光学相关器体积,设计了一种折反式2f系统光学相关器,光路采用折叠反射式结构,用数字微透镜取代传统相关器中的实体透镜,缩减了结构体积,提升了系统集成度。利用等效光路法对其进行理论分析,给出了折反式2f相关器的结构设计条件及结构参数。针对该相关器,设计了与之匹配的综合鉴别函数滤波器,利用自编程序进行模拟仿真分析。结果显示,当待识别目标发生缩放与旋转畸变时,该相关器仍具有较好的畸变不变识别性能。     

大尺度混合畸变的目标识别技术

为解决目标识别技术中混合畸变目标的识别难题,提出了一种面积极坐标变换算法.该算法利用相似图形尺寸与面积的满射函数关系和极坐标变换的旋转不变特性,对目标与模板同时进行面积变换和极坐标变换.将面积极坐标变换算法与基于形态学膨胀的边缘加粗处理算法相结合应用于光电混合联合变换相关器,实现了大尺度混合畸变目标的识别.以空中飞机为例,光学相关实验表明,该方法可显著提高混合畸变目标的相关峰强度,旋转畸变容差为0°~100°,比例畸变容差为100%~200%,具有较大尺度的混合畸变容差,扩大了识别范围.其混合畸变识别能力优于极坐标对数变换算法与综合鉴别函数法其衍生方法,其"时间复杂度"远小于综合鉴别函数及其衍生方法.     

抗噪型最小平均相关能量滤波器

最小平均相关能量(MACE)滤波器进行图像识别的主要特点是相关峰尖锐,易于判别。但它对畸变非常敏感,几乎没有抗噪能力,所以应用受到限制。针对不同的噪声类型,首先进行图像空域滤波,达到抑制噪声、突出目标的目的,然后再进行识别,提高了最小平均相关能量滤波器的抗噪能力和识别的准确性。     

非约束纯相位空间匹配滤波器设计研究

根据非约束相关匹配滤波器和纯相位匹配滤波器的概念,分析了非约束纯相位匹配滤波器的特性及其在光学相关识别中的应用,并与其他典型纯相位匹配滤波器进行了比较.模拟和实验结果表明,非约束纯相位匹配滤波器具有畸变容限大、相关峰高、算法简单的特点.用于光学相关识别是一种实用的空间匹配滤波器算法.     

基于系统辨识的平面光波导谐振腔滤波器仿真实验研究

分别用时域有限差分仿真算法和系统辨识算法对GaAlAs/GaAs单环谐振腔滤波器的滤波特性进行了仿真计算并进行了对比.结果表明：两种算法获得的滤波器的滤波特性基本一致,系统辨识算法比时域有限差分算法可节省一定的计算时间.以仿真模拟为基础,设计、制作了GaAlAs/GaAs平面光波导单环谐振腔滤波器.仿真计算的滤波器滤波特性与实际器件测试结果吻合较好,通带半宽约为13 nm.     

Adaptive filter for unwrapping noisy phase image in phase-stepping interferometry

An adaptive filter for preprocessing wrapped phase image with high noise content has been developed. The window size of this median filter is adjustable according to its location in the noisy phase image. This size-adjustable median filter has not only high noise-rejection ability, but also both good phase-jump identification and image-detail preservation properties. Phase unwrapping can then be done to recover the real phase image without the hampering influence of noise, especially the noise near the phase jumps. Both numerical simulation and experimental results used to examine the effectiveness of this adaptive filter are presented.     

水下光束漂移激光图像抗畸变识别

针对水下激光传输存在光束漂移现象,分析了光束漂移图像对光学相关识别的影响和帧间光束漂移图像噪声的不相关性。研究了抗畸变匹配滤波器设计,提出了基于相位匹配的畸变图像共同特征提取,并作为综合鉴别函数子特征的训练样本,设计了抗畸变综合鉴别匹配滤波器,并进行了仿真验证。Matlab仿真结果证明:抗畸变综合鉴别匹配滤波器设计,结合待识别图像随机散射噪声预滤波,可有效提高光学相关识别输出相关峰的峰值-相关能量比值和相关峰鉴别率值。     

光学小波包变换及其滤波器的研究

基于对光学小波变换必要条件的分析，提出光学小波包变换的概念.选出虹膜图库的联合最优小波包基，利用最优基的线性组合生成相应的复合光学小波包滤波器.将滤波器用于光电混合虹膜识别系统中对待识别输入进行小波包特征提取预处理，模拟结果不仅证明引入该滤波器可明显提升系统的识别效果，也证明了光学小波包变换提出的意义.     

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针对HL-2A装置极向场电源晶闸管触发器系统同步信号波形畸变严重、频率不断变化的特点,通过分析和比较各种滤波器的滤波效果,提出了一个多级数字滤波器联合滤波的方案。利用MATLAB软件搭建了该滤波器的仿真模型,并对其进行了仿真分析,理论上证明了该方案的可行性。通过估计算法的延时,证明了该数字滤波器满足实时信号处理的要求。     

常规综合鉴别函数的改进

针对常规综合鉴别函数制作的复合匹配滤波器，对不同旋转角度的训练样本输出的相关峰值波动性较大，不便于后续探测和处理等问题，对常规综合鉴别函数到编码匹配滤波器的编码转化过程进行分析，找到导致相关峰值波动的原因，提出改进方法，即在计算综合鉴别函数的线性组合系数时将编码运算也考虑进去，并根据滤波器对各训练样本相关峰值的倒数来确定线性组合系数。计算机仿真结果表明：改进后的方法降低了复合滤波器对不同旋转角度样本输出相关峰值的波动性，提高了相关峰自动判别的准确性。     

基于缺陷地结构的微带低通滤波器设计

提出了一种具有宽带带外抑制的小型化微带低通滤波器。该滤波器由缺陷地结构和两阶阶跃阻抗单元结构构成。利用ANSYS HFSS建立三维全波电磁模型并仿真优化,仿真结果表明:该低通滤波器的截止频率为1.4 GHz,通带宽度为0~1.4 GHz,通带内的插入损耗小于0.5 dB,带外抑制频率范围为2.1~11 GHz,在阻带范围内的带外抑制能力接近20 dB。为验证仿真和测试结果,加工并测试了经全波电磁优化后的缺陷地结构微带低通滤波器。测试结果和仿真结果吻合得较好,证明了所提出的缺陷地结构在实现滤波器小型化和宽阻抗带宽上有着重要的作用,能够使该滤波器具有较好的低通滤波特性。     

基于科赫曲线分形结构太赫兹带通滤波器

太赫兹滤波器是太赫兹通信、太赫兹成像和太赫兹检测等太赫兹应用系统中不可或缺的功能器件。按照不同的分类方式,滤波器有不同的种类,常见的按照选频功能可分为高通滤波器、低通滤波器、带阻滤波器和带通滤波器。为了实现在太赫兹波段的滤波效果,世界各地的研究人员利用不同的结构、材料和控制方式实现了功能各异的太赫兹滤波器,但是考虑到设计的器件要应用到太赫兹系统中,成本低廉、结构简单、性能优越的太赫兹滤波器一直是研究人员的追求。分形概念自提出以来在很多研究领域都有了快速发展,但是在太赫兹波段的应用还不是很常见,特别是应用于太赫兹功能器件的设计。引入分形中科赫曲线的概念设计并制备了一种新型的太赫兹带通滤波器,该滤波器是在金属薄膜上刻蚀出科赫曲线分形结构,当太赫兹波垂直入射到该滤波器时候实现了在太赫兹波段的窄带滤波。在滤波器的设计过程中,追求理论与实验相结合,首先在电磁仿真软件中建立科赫曲线分形结构滤波器模型进行计算,探究分形结构应用于太赫兹波段进行滤波的可行性,在进行多次计算之后得到优化后的尺寸和结构,然后根据优化后的尺寸加工出科赫曲线分形结构太赫兹滤波器样品,并且将样品放在太赫兹时域光谱系统中进行实验测量,得到实验数据后与仿真结果进行比较。在仿真中利用了时域有限差分法模拟科赫曲线分形结构太赫兹带通滤波器的传输特性,优化后的仿真结果表明:滤波器的谐振频率为0.715 THz,透射系数能够达到0.92,-3 dB带宽为21.9 GHz,将仿真得到的散射参数进行S参数反演得到了太赫兹滤波器样品的电磁参数,这在理论上分析了太赫兹波在谐振点处产生透射增强的原因。利用飞秒激光微加工系统制备了尺寸优化后的科赫曲线分形结构太赫兹带通滤波器样品,然后使用太赫兹时域光谱系统对样品的传输特性进行测试,对实验得到的时域数据进行快速傅里叶变换之后得到频域数据,再把频域数据进行归一化处理后与之前的电磁仿真结果进行对比,发现实验测得的结果与电磁软件仿真得到的结果较为吻合。     

基于微米颗粒填充的粉末低通滤波器仿真

粉末滤波器是一种可应用于超导量子计算等低温实验系统的低通滤波器, 随着频率的升高滤波器会对信号产生急剧的有效衰减, 粉末滤波器的填充材料、 中心导线长度、 线径和结构等参数会对它的频率响应特性产生影响. 本文利用 CST 微波工作室基于微米颗粒填充的方式, 首次对不同中心导线结构的粉末滤波器性能进行三维仿真研究, 仿真结果与实测结果对比后的定性一致性, 说明仿真方法的可行性和准确性. 仿真方法的提出可以有效地加快滤波器结构的迭代速度, 从而降低研发周期和成本, 方便可应用于超导量子计算的新一代粉末滤波器的开发.     

Fluid simulation and X-ray CT images for soot deposition in a diesel filter

Recently, stricter diesel particulate emission standards have been set in many countries. As for the after-treatment of exhaust gas, a diesel filter has been developed to trap diesel particles inside small-scale porous structure. Since measurement of flow in the filter is impossible, the phenomena of particle deposition in the filter are not well understood. In this study, we conducted Lattice Boltzmann simulation on flow in the newly developed diesel filter. The soot deposition was included to consider the particle trap in the filter. The inner structure of the diesel filter as well as trapped soot region was scanned by an X-ray CT technique. Results show that the flow pattern is largely changed when the soot is attached to the filter surface. By comparing simulation results with CT images, soot accumulation region is well predicted. It is found that the amount of trapped soot is proportional to the filter back-pressure even when soot deposition probability is changed.