定量中子数字成像散射校正的蒙特卡罗模拟

 中子数字成像过程中,散射中子可降低像质致使提取样品的定量信息变得困难。针对该情况,分析了中子微光成像系统图像散射降质的原理,采用点扩展函数的叠加来表征散射中子引起图像降质的过程,借助于蒙特卡罗方法（MC）对点扩展函数进行模拟和建模,将点扩展函数描述为样品厚度以及样品到探测器距离为参量的解析函数,研究了点扩展函数的计算方法。研究结果表明,借助于MC方法构建系统的点扩展函数之解析函数,并利用该函数对中子图像进行散射校正,是一种行之有效的定量中子数字成像散射校正方法。     

基于通信信道模型的关联成像系统质量评价方法

提出一种成像前评价关联成像系统性能的方法,基于通信系统信道评价方法对观测矩阵进行分析,计算成像系统的信道容量,以信道容量来评价系统性能。对100幅成像场景、20种不同类型的观测矩阵以及2种重建算法进行成像仿真,并与成像重建后的图像质量评测效果进行对比分析。结果表明：本文在成像前对系统性能的评价结果与成像后的验证结果具有较好的一致性,当采样比例相同时,重构图像的均方差和信道容量对矩阵元素分布类型具有相同的依赖关系;当矩阵元素分布类型相同时,归一化信道容量和归一化反转均方差随采样次数变化的曲线具有很高的拟合程度,其拟合系数R2值普遍大于0.8。本文方法具有很强的适用性,其效果不随图像尺寸的变化而变化,能够广泛应用于常见的遥感场景。     

空间调制型全Stokes参量偏振成像系统原理及仿真

空间调制型全Stokes参量偏振成像是针对同一目标不同偏振分量的同时探测技术,以双折射晶体作为调制元件,将Stokes参量S0~S3调制在同一幅图像中,只一次采集便可获得包含4个Stokes参量的调制信息。分析空间调制型全Stokes偏振成像系统的探测原理和数学模型。阐明重构偏振图像S0~S3的理论依据,并分析了系统参数的选择对图像重构效果的影响。根据实际系统参数,进行数值仿真模拟成像过程,获取调制图像,使用一种简单的频域解调算法,重构出S0~S3的4幅偏振图像,得到比较满意的重构效果,不仅验证了方案的可行性,同时为仪器设计或器件选型提供参考。     

基于斯托克斯参量测量的偏振共焦显微成像技术的研究

提出了一种基于斯托克斯(Stokes)参量测量的偏振共焦显微成像新方法。以斯托克斯参量、偏振度、相位差、方位角和椭率角等偏振参量作为成像物理量,通过系统集成方法将斯托克斯参量测量系统整合到共焦显微成像系统,通过共焦显微成像系统的显微物镜将激光聚焦到样品表面,而带有样品偏振信息的反射光进入斯托克斯参量测量系统进行偏振测量,把从斯托克斯参量测量系统中出射的4个斯托克斯光分别聚焦到4个点探测器进行光电探测,实现斯托克斯参量的共焦探测,同时获得同一物点的4个斯托克斯参量以及偏振度、相位差、方位角和椭率角等偏振参量。对样品进行二维扫描,获得不同物点的4个斯托克斯参量及其相关的偏振参量,利用计算机软件进行图像重建,从而获得样品的斯托克斯参量及其相关偏振参量的共焦显微图像。     

基于水浴黑体的红外成像系统定标实验研究

定标是任何成像和非成像系统定量化应用的前提,实验室定标是把握系统基本性能的关键环节。在阐述红外系统定标的原理和方法的基础上,基于高精度水浴黑体,从稳定度、响应线性和响应度系数方面对红外热像仪进行了定标实验,描述了实验定标系统,并结合实验详细分析了影响定标精度的主要因素:黑体温度的不确定度、对同一辐射量值的测量误差和环境温度引入的误差。     

基于反向传播神经网络的阻抗断层图像重建新方法

电阻抗成像是通过对物体表面电压、电流的测量来重建物体内部阻抗分布或变化图像的一种新颖计算机断层成像技术。阻抗断层图像重建是一种病态的、非线性的逆问题。提出了一种全新的阻抗断层图像重建方法，它利用反向传播神经网络来表征物体内部阻抗变化位置与物体表面电压变化大小的非线性映射关系，从而可以根据对物体表面测量电压的变化先准确定位阻抗变化区域，再用线性近似方法重建阻抗变化图像，这种方法不仅具有一定的抗噪能力，而且成像精度和空间分辨率都大大好于逆投影方法。     

凝视型水下激光成像后向散射光理论模型研究

建立了后向散射光在二维光敏面上能量分布的理论模型,结合典型水下激光成像系统,提出用像面表观衬比度来评价系统极限探测距离的方法,并推导了计算公式;通过选取水下激光成像系统的典型参量进行模拟计算,进一步讨论了系统主要组成部分的相对位置对像面表观衬比度分布的影响;得到像面表观衬比度与目标距离的关系曲线以及系统极限探测距离随海水衰减系数的变化曲线,从而估算出不同水质条件下系统的极限探测距离。模拟仿真数据与实际实验结果基本一致。     

傅里叶望远镜中激光频移误差对成像质量影响的分析

傅里叶望远镜成像技术,综合了激光主动成像技术、光学合成孔径技术和相位闭合技术是一种新的高分辨率成像探测技术。激光频移的效果是影响傅里叶望远镜成像质量的重要因素,特别是使用大功率、宽光束和宽调制带宽激光的系统。构建了不同的误差模型,推导了频移误差在系统中的传递函数,利用仿真实验分析其对系统成像的影响,得到了对应的误差影响分析。结果表明,频移精度和稳定度严重影响到系统的成像效果,部分情况下含有误差的反演图像与理论反演图像的施特雷尔值已降到0.2,因此合理的设计和选择声光频移器是改善系统成像的一个关键因素。     

一种自适应路面图像模糊增强算法

针对传统的图像模糊增强算法增强强度小、处理灰度层次变化丰富的图像效果不佳以及控制参量难以设置等问题，提出了一种新的图像模糊增强算法.首先对局部窗口中像素点进行基于邻域一致性模糊熵测度的分类，并以分类为依据，对每个像素点均确定一最佳渡越点.对模糊隶属度函数也进行了研究改进，设计的函数具有良好的曲线形状，并通过调整控制参量，使渡越点的位置和函数曲线进行最佳的结合，能通过少量的迭代次数获得较好的增强效果.在模糊逆映射上，采用线性逆变换函数，保持了模糊映射所带来的增强效果，并消除了由于截断带来的灰度信息的损失，在运算效率上也得到了提高.新算法对灰度变化丰富的路面图像的增强取得了良好的效果，并且控制参量均为自适应计算，不需进行人为干预，具有很好的通用性.     

基于联合变换相关器的远红外变焦光学系统设计

为了提高联合变换相关器跟踪和识别目标的能力,且满足坦克瞄准镜的工作要求,针对1英寸红外CCD探测器,设计了8～12 μm波段折射式长波红外连续变焦系统.该系统采用机械补偿的方式,变焦过程中相对孔径不变,F数为2,变倍比为4:1,在50～200 mm范围内可实现连续变焦,且变倍曲线和补偿曲线平滑,扩大了坦克瞄准镜的搜索范围.用ZEMAX光学设计软件对设计结果进行像质评价,结果表明,在17 lp/mm空间频率处,全焦距范围内调制传递函数均在0.53以上,接近衍射极限,像面稳定性良好,满足光学系统的设计要求.     

基于ZEMAX软件的三组元变焦系统凸轮曲线设计程序

变焦系统凸轮曲线设计是变焦系统后期设计过程中十分重要的环节,曲线设计的好坏直接关系到系统像面的稳定程度.针对ZEMAX光学设计软件界面编写了三组元变焦系统凸轮曲线设计程序,确保像面稳定、像质优良.程序可准确给出凸轮曲线的数据和形状,借助该程序对变焦系统任意焦距位置的光学性能和像差特性进行实时评估,提高了变焦系统的设计效...     

遗传算法在变焦曲线优化中的应用

由于变焦系统的凸轮曲线对变焦过程中像面的稳定、操作的灵活性都有重要影响,因此变焦曲线的优化设计有着重要的意义。首次采用遗传算法对机械补偿类型的变焦曲线进行了优化设计,并给出了实例。这样得到的曲线比传统的让变倍组作线性移动得到的曲线要明显平滑,证明了遗传算法用于变焦曲线优化设计的可行性和有效性。     

编码孔径光谱成像仪光学简化彗差对图谱反演误差分析

编码孔径光谱成像技术是近年来发展起来的一种新型光谱成像技术, 该技术在一次像面采用特定的编码模板对目标进行编码, 结合特殊的采样成像方式, 获得满足景物重构的采样数据量, 实现了空间信息和光谱信息的高精度重构, 具有高光通量、高信噪比等优势.但该技术实际的光学系统设计, 以及相应加工和装调过程中各种误差的存在, 将逐一传递反映到探测器精度与编码后图谱采样精度的不匹配, 这会引发最终重构图谱质量降低.本文侧重分析研究光学系统设计和研制装调中光学彗差相对设计值间存在的偏差, 通过几何光线追迹与波前像差联合计算的方法, 在成像面仿真出不同数值程度的彗差矩阵, 并以此来分析不同彗差下对重构图像质量的影响结果.并用其分析结论作为依据, 改进了编码孔径光谱成像仪的设计和研制, 提供了相应图像成像反演结果, 由此确保了编码孔径光谱成像仪的成像优势.     

紫外像增强器信噪比与MCP电压的关系

日盲型紫外像增强器在空间光学探测、环境监测、战略国防等方面上具有非常广阔的应用前景,参照微光像增强器信噪比测试原理,设计了紫外像增强器信噪比测试系统,并给出其测试条件,利用研制的信噪比测试仪研究了微通道板两端电压对日盲型紫外像增强器信噪比的影响,测量了其关系曲线。结果表明,在小于850 V区域内,紫外像增强器的输出信噪比随着MCP两端电压的增大而增大;当超过850 V时,MCP两端电压增大,紫外像增强器的输出信噪比基本维持不变。     

星空观测图像目标拖尾的自动消除

为了实现对星空观测图像中高亮目标产生的拖尾现象进行自动消除,建立了目标拖尾自动消除系统,对该系统所采用的图像背景高斯噪声分布参数估计、目标拖尾检测以及图像灰度值校正等算法进行研究。利用直方图最小二乘曲线拟合估计星空观测图像背景高斯噪声的分布参数;利用观测图像中目标拖尾现象的特征提出一种基于统计信息的拖尾检测算法;在确定目标拖尾位置的基础上对被污染的像素进行灰度值校正;利用Visual Studio 2005开发出一套星空观测图像目标拖尾自动消除系统。实验结果表明:针对16 bit,1 0241 024的星空观测图像,单帧图像处理时间约为300 ms,拖尾现象得到消除,恒星和目标等有用信息未被破坏。本文算法基本满足后续观测图像中弱小目标检测稳定、可靠、精度高等要求。     

一种基于U-NET多景深图片目标物定位自动聚焦算法

在多景深场景下,已知目标物类型,当目标物位于图像中心位置时,传统的聚焦评价函数曲线灵敏度较低;当目标物偏离中心位置时,聚焦评价函数曲线容易出现局部极大值或无法准确判断出准焦图像,影响自动聚焦系统。针对这两种情况,提出了一种基于U-Net神经网络判断目标物位置,设定对应窗口和评价函数的方法,即当目标物位于图像中心位置时,提出了一种新的聚焦评价函数——SMD-Roberts函数;当目标物不在图像中心位置时,设定对应窗口,选择SML评价函数对图像像质进行评价。实验结果表明,与传统的灰度梯度自动聚焦评价函数和传统的取窗法相比,该方法得到的聚焦评价函数灵敏度最少提高0.0241,耗时最少减少0.0355 s,单峰最少减少1个次峰,有效地解决了多景深场景下,应用聚焦评价函数判断目标物最清晰位置不准确及聚焦评价函数曲线出现双峰的问题,明显地提高了评价函数的无偏性、单峰性以及灵敏度。该方法普适性强,更适用于自动聚焦系统。     

高稳定输出功率的全固态激光器

介绍了一种高稳定性输出功率的连续LD抽运Nd∶YVO₄全固态532 nm激光器,输出功率为144 mW,采用LD抽运Nd∶YVO₄晶体,KTP晶体腔内倍频方式工作。该激光器采用热电制冷器(TEC)实现对LD、KTP晶体的高精度温控,其温控精度达到±0.1 ℃。建立了LD电流与输出功率的非线性曲线,通过硅光电池检测激光输出功率实现激光功率实时光反馈,采用阈值式PI控制算法进一步降低稳态误差,通过对抽运驱动电流实施反馈控制获得了波动小于±1%的长时间高稳定功率输出。     

光刻物镜中压电陶瓷驱动器的动态性能研究

针对压电陶瓷在光刻机投影物镜中作为像质补偿镜组促动器的特定应用要求,对一种以集成运算放大器构成的压电陶瓷驱动器的动态性能进行了研究.首先,针对驱动器系统中集成运放固有频率特性对动态性能的影响进行了分析,确定了外部补偿网络的参量.然后,针对驱动器系统大容性负载对动态性能的影响进行了分析,提出了隔离电阻的补偿方法.最后,讨论了驱动器系统中寄生电容对动态性能的影响.计算表明:补偿后的压电陶瓷驱动器系统相位裕量为79 °,阶跃响应无超调量,调节时间为5 μS.基本满足压电陶瓷在光刻物镜中作为像质补偿镜组促动器的稳定性强、响应快速、超调量小等动态要求.     

光刻物镜中压电陶瓷驱动器的动态性能研究

针对压电陶瓷在光刻机投影物镜中作为像质补偿镜组促动器的特定应用要求,对一种以集成运算放大器构成的压电陶瓷驱动器的动态性能进行了研究.首先,针对驱动器系统中集成运放固有频率特性对动态性能的影响进行了分析,确定了外部补偿网络的参量.然后,针对驱动器系统大容性负载对动态性能的影响进行了分析,提出了隔离电阻的补偿方法.最后,讨论了驱动器系统中寄生电容对动态性能的影响.计算表明:补偿后的压电陶瓷驱动器系统相位裕量为79°,阶跃响应无超调量,调节时间为5 μs.基本满足压电陶瓷在光刻物镜中作为像质补偿镜组促动器的稳定性强、响应快速、超调量小等动态要求.