基于FPGA的超高速线阵CCD信号采集系统的设计与实现

线阵CCD已广泛应用于在线检测、图像识别等系统,目前高帧率采集系统多在200~500Hz之间。高速线阵CCD采集系统,如1K甚至10KHz以上的采集要求,设计难度大,电路实现复杂,需要专用处理器,产品成本高,提出了一种采用并行高速FPGA驱动线阵CCD,通过常规分立元件完成模拟信号处理,实现数字信号实时传输的方案。该方案不仅简化了硬件设计上的难度,在同等性能情况下,可实现每秒万帧的高速采样,大幅度降低了成本。方案选用Altera FPGA作为控制核心,实现高速信号采集的同时,在片上实现一定的图像算法,不仅加速了图像处理速度,同时降低了计算机的处理压力。最后,本电路通过USB2.0接口,完成数据的实时传输。设计具有高帧率、高灵敏度、性能稳定,便携使用等特点,同时还有一定的通用性,已应用于一些光学系统中。     

薄膜生长荧光显微图像实时采集与分析系统

设计了一套具有一定实用意义和科学价值的薄膜生长荧光显微图像实时采集与分析系统,可以实现透明衬底上有机荧光分子薄膜生长的实时原位监测。进一步阐明了系统的硬件构筑思路和软件设计架构,并依据薄膜的形貌特征,给出8个主要生长信息参数及其求取算法,并利用自行搭建的实验系统,针对联六苯(p-6P)分子在云母衬底上的纳米纤维生长过程,得出了其准一维的线性生长规律。该系统作为重要的薄膜生长成像监测技术,有望在薄膜与衬底表面相互作用和衬底微区结构特性研究等方面起到积极的作用。     

基于昆虫复眼技术的全视场运动目标监测系统

以昆虫复眼的仿生技术为基础,应用线阵CCD图像传感器、CPLD、AVR微处理器及运动目标检测算法实现了一种全视场监测系统,能简单而精确地探测出运动物体的角坐标和角运动速度。不仅对系统的硬件设计和软件设计进行了讨论,而且对应用的算法也进行了的介绍。     

TDI CCD立体相机内方位元素测试技术研究

依据星载单镜头TDICCD立体相机立体成像及测绘要求,结合普通测绘相机内方位元素,提出了星载单镜头立体相机内方位元素由焦距、主点位置、立体成像角(前后视交角)、图像畸变等元素组成。给出了立体相机内方位元素测试的方法,针对立体相机成像特点给出了计算内方位元素的算法,对其进行了实际测量和验证,其测量结果符合设计要求。     

光纤耦合数码系统传像特性

建立了光纤传像元件与光电阵列器件的匹配耦合模型,引入变动因子反映像素光纤排列的不确定性,进行了光纤耦合传像特性的仿真研究.针对9×9 μm2光敏元的阵列器件,分析了光纤传像元件结构参数变化对系统分辨率的影响,在光纤直径约为光敏元尺寸1/3时获得了相对经济合理的匹配结构,表明光纤耦合数码系统设计时必须考虑优化匹配问题.仿真结果还解释了系统的图像输出存在条纹和局部结构背景的原因,给出了相应的数值分析方法.     

多节摆的自由振动分析

利用拉格朗日方程,导出了多节摆系统的运动微分方程.根据三对角阵的性质,给出了振动系统的特征多项式和特征矢量的递推公式,并以三节摆为例,说明了结果的应用,用此方法验证了<力学与实践>2002年第24期<多自由度振动系统的简正坐标和简正振动模式>一文中的结果.     

基于无信息变量消除法与岭极限学习机的新型变量选择方法：以CO气体浓度反演为例

变量选择是光谱分析领域一个重要的组成部分。为了克服传统区间选择法的缺点与不足,基于无信息变量消除法和岭极限学习机提出一种新型的变量选择与评价方法。首先,利用无信息变量消除法剔除整个光谱区间中无信息的波长点;其次,为了解决传统建模方法(偏最小二乘法、BP神经网络等)存在的共线性问题,采用岭极限学习机方法建立回归模型;最后,最佳的特征光谱波长点组合利用特征选择路径图和稀疏度-误差折中曲线进行确定。CO气体的浓度反演实验结果表明：(1)利用无信息变量消除法可以有效筛选出最能表征CO气体透过光谱的特征波长点;(2)岭极限学习机方法具有快速建模、避免共线性和高精度等优点(CO气体浓度反演模型的决定系数可达0.995);(3)特征选择路径图和稀疏度-误差折中曲线可以直观地帮助用户寻找出最佳的特征波长点组合。     

场景自适应的跟踪特征选择机制研究

视频目标跟踪是当前计算机视觉领域中的一个关键问题。基于场景分类提出了一种视频目标特征的实时在线选择方法。离线时首先采用改进型的"空间金字塔匹配"算法完成先验视频场景的分类;然后采用不同的描述算法实现对目标和背景的特征描述,通过对数形式的方差比计算出目标和背景的特征距离;最后融合均值和熵值对特征距离进行统计分析,建立场景相关的描述子显著性排序。在此基础上,在线时利用初始帧完成测试视频的场景判定,结合当前场景下的描述子排序,实时选择最优特征,应用于粒子滤波跟踪系统,在公开视频库上进行跟踪测试,验证排序的正确性和选择机制的必要性。     

激光对电视成像跟踪系统的软杀伤效应研究

分析了电视成像跟踪系统的组成原理,在开展脉冲激光干扰CCD的实验基础上,进行了激光对电视成像跟踪系统的软杀伤实验与理论分析。实验指出,激光对电视成像跟踪系统的软杀伤主要是对CCD光电探测系统的软杀伤,软杀伤效果如何与激光成像是否位于跟踪系统的波门之内有很大关系。     

赤潮光谱特征及其形成机制

采用海面以上光谱测量方法 (Above water method),利用美国FieldSpec® Dual VNIR光谱仪测量了丹麦细柱藻、中肋骨条藻、海洋褐胞藻等三种浮游植物赤潮以及红色中缢虫这一原生动物赤潮的离水辐射光谱数据。强调赤潮与正常海水的光谱差异在于687～728 nm波段的特征反射峰,指出了浮游植物赤潮与原生动物赤潮间的显著光谱差异,并认为可据此进行某些赤潮种类的遥感识别。给出了浮游植物赤潮光谱反射峰、吸收峰成因;红色中缢虫这一原生动物引起的水色异常,与其体内的共生藻类及浮游植物色素碎屑有关;其摄食偏好、与藻类的共生特性研究以及藻类常温下的荧光发射特性研究,将有助于加深对于红色中缢虫赤潮光谱成因的认识。