一种基于新型查表方法的统一计算设备架构并行计算全息算法

为解决点源法计算全息速度较慢的问题,提出了一种新的查表算法,命名为三角函数查表法(T-LUT算法)。该算法是基于点源法基本的数学公式,通过一系列数学近似与恒等变换,生成了一种纯相位查找表,该查找表具有三维特性,并具有生成速度快、精度高、占用内存少等特点,克服了点源法重复计算相位的缺点。同时采用统一计算设备架构(CUDA)并行计算在图形处理器(GPU)上加以实现,并进行了三次并行优化。在算法的验证与对比实验中,采用单显卡(GPU显卡)实现T-LUT算法,在不牺牲全息图再现像质量的前提下,成功地将点源法计算全息的速度大幅度提升。实验发现在不同的物空间采样点数量的情况下,速度相对于点源法GPU运算提升30倍至近千倍不等。     

一种三维物体相息图的迭代计算方法

在传统迭代傅里叶变换算法的基础上,提出了一种计算三维物体相息图的新方法.基于层析法将三维物体的多个分层物面作为衍射再现图像,在一个输入面(相息图)和多个输出面(再现像)之间进行迭代.通过在傅里叶迭代运算中引入距离相位因子,表示物体不同物面的深度,体现了物体的三维特征.实验结果证明了本文算法良好的收敛特性和再现性能.最后,分析了物面数量和间距对全息再现质量的影响,利用液晶空间光调制器采用时分复用的方法还原了三维物体的多个物面.     

基于基元全息图空间频谱分析的计算全息参考光角度选择方法

提出了一种基于基元全息图频谱分析的计算全息参考光角度选择方法.通过分析基元全息图的空间频谱成分,导出全息图正确再现需要满足的约束条件;求解了基于空间光调制器的计算全息再现系统的参考光角度取值范围;用N-LUT算法计算了成像距离为1 000mm时,一幅22.5mm×26.1mm的二维图像取不同参考光角度时的全息图,并进行了数字再现和光学再现实验.结果表明:参考光角度在0.893 8°到1.398 0°之间选择可以获得质量良好的再现像;参考光角度小于0.893 8°时,再现像与共轭像不能完全分离,参考光角度大于1.398 0°时,全息图频率过高会造成欠采样,导致再现像与下一级共轭像互相交叠.实验现象与理论分析一致,验证了参考光夹角选择方法的正确性.     

基于时间序列预测的电子稳像算法研究

块匹配电子稳像算法是一种稳定性好、准确度高的电子稳像算法.块匹配算法在目标区域中从起始点到匹配点进行搜索时,需要对图像块进行反复匹配,计算量大、实时性差成为限制其应用的主要问题.本文从缩小块匹配算法搜索范围的思想出发,提出了一种利用时间序列预测来确定最优搜索起始点的电子稳像算法.根据图像序列全局运动矢量的内部统计特性,选择合适的时间序列模型;采用AIC准则和Durbin-Levinson递推算法估计模型的阶次和参量,并通过残差检验对模型进行检验和更新.利用建立的时间序列模型和历史数据对当前时刻全局运动矢量进行最优预测,并将其作为搜索起点来进行下一步精确搜索.实验结果证明,时间序列预测方法有效缩小了块匹配算法的搜索范围,使计算速度得到较大幅度的提高,并可直接推广到其它电子稳像算法中.     

利用空间光调制器实现计算全息三维显示

针对目前三维物体计算全息算法数据量大、计算速度慢及共轭像影响再现效果问题,提出一种全息体视图计算方法。根据人眼双目视差立体视觉原理,由摄像机获取三维物体不同角度的二维序列视差图像,通过计算全息算法得到多视角全息图,合成三维物体全息体视图。在迭代傅里叶变换算法的基础上,采用预设初始相位并增加反馈因子的方法,提高相息图的计算效率。基于液晶空间光调制器构建光学系统,对计算的全息体视图进行了光学再现。结果表明:该方法有效地排除了共轭像的干扰,相息图的迭代计算效率提高30%以上,再现图像与目标图像的结构相似度大于0.85。     

一种 SERF 陀螺仪核自旋自补偿点存在条件判定方法

核自旋自补偿技术是无自旋交换弛豫（SERF）原子自旋陀螺仪角速率测量的关键。但是,并不是所有条件下SERF系统自补偿点均存在。根据SERF陀螺仪动力学演化机理,通过数学极值法推导出核自旋自补偿点存在条件判定方法,即Δ值是否满足不小于0的条件,并分析了影响核自旋自补偿点存在的主要因素。通过延长核自旋弛豫时间及提高核自旋极化率不仅能实现自补偿点的存在条件,还能有效提升核自旋自补偿能力,为在有限条件下提高SERF陀螺性能提供了理论指导。实验测试了不同核自旋弛豫时间及极化率下系统自补偿点存在情况,结果与理论预期相符,验证了该判定方法的有效性。所提方法补充了核自旋自补偿成立条件,完善了核自旋自补偿理论体系,为实现高精度工程化SERF陀螺仪提供理论基础。     

冷原子干涉仪激光控制系统集成化设计及其在重力测量中的应用

为满足冷原子干涉仪工程化研制需求，推动其在重力测量等领域的实际应用，提出一种以现场可编程逻辑门阵列为集成微处理单元，以直接数字频率合成器为分布执行单元的单激光器激光控制方案，降低系统的尺寸重量功耗，提高控制的集成度，改善外场的适应能力。对基于该激光控制系统的性能进行了评估，并开展了87Rb自由下落式冷原子干涉重力测量实验验证。实验结果表明，所提出方案能够适用于冷原子重力仪激光系统的输出控制，基于所搭建的激光控制系统完成了41小时的连续重力测量实验，重力固体潮测量稳定性达到4.3μGal@1 h，与原有实验室样机的重力测量性能相当，且体积重量功耗之乘积降低至其1/11。