光学实验计算机仿真平台的构建

运用MAILAB构建了-个光学实验仿真平台,实现了包括基础光学中干涉和衍射、信息光学中的光学图像处理以及激光实验的仿真.并利用GUI设计了人机友好的图形用户界面,最后通过mcc编译生成可脱离MATLAB环境运行的可执行文件.该平台可移植性、可扩展性强,用户可直接进行实验项目的选取,实验参数的灵活设置以及实验结果的对比分...     

正交柱面透镜的等厚干涉的MATLAB仿真

依据正交柱面透镜的等厚干涉原理,利用MATLAB软件进行数学建模,编程运算,然后对实验进行计算机仿真,最后基于图形用户界面的设计与开发功能,制作了简洁美观、可拓展性强的正交柱面透镜的等厚干涉实验仿真平台.结果显示,该平台具有诸多优点,为相关光学教学与研究工作开辟了新的途径.     

MATLAB GUI在光学实验教学中的应用

利用MATLAB GUI设计了杨氏双缝干涉、牛顿环干涉等经典光学实验的仿真平台。借助实验仿真平台,有助于加深对相关实验理论的理解;与实际的实验操作相结合,不仅可以激发学生的学习兴趣,也提高了课堂教学效果。     

光学虚拟实验系统研究

采用MATLAB技术,结合光学实验教学内容的特点,利用面向对象的方法开发构建了光学虚拟实验系统。该系统具有操作简单、界面直观、实验快速实施等特点。以空间滤波实验和偏振光实验为例,给出了设计思想和相应的仿真实现结果。学生通过对实验系统的操作,可以很快地掌握实验原理、内容和实验特点。该系统作为传统光学实验教学的补充,能够完成一般光学实验中难以实现的实验操作,使复杂的实验操作变得直观生动,提高了光学实验教学的效果,同时也为相关实验系统的设计研发提供了一条新的途径。     

基于斐波那契波带片的三维光镊

斐波那契波带片(FiZP)在焦平面上有两个不同的主焦点且具有独特的自恢复特性,因此FiZP光束能够在不同平面同时捕获微粒,同时对微粒实现焦平面上的自由移动。仿真分析了FiZP的构成与轴向强度,利用液晶空间光调制器、倒置光学显微镜以及光学元件组合搭建实验平台,对微粒进行三维捕获。实验验证了FiZP光束具有三维光学捕获特性,并可用于构建三维光镊,实现复杂的捕获功能。     

光学实验数值仿真的三种方法及MATLAB实现

基于科学计算软件MATLAB的可视化功能,利用光强分布、光的量子性和波动性的物理原理,采用三种数值方法对几个重要的光学实验进行计算机仿真模拟,得到了与实验图像一致的计算结果。教学实践表明在实验课中加入MATLAB仿真图像和动画,将对光学实验教学起到一定的启发促进作用。     

基于MATLAB的傅里叶光学实验的计算机模拟

计算机模拟技术广泛应用在教学和科研当中，在傅里叶光学实验中引入计算机模拟技术能更生动和深入地揭示光学现象的物理内涵，文章提出利用MATLAB模拟傅里叶光学实验的方法，该方法的优点是操作简单灵活，能完成一般光学实验中较难实现的操作，并给出了光学滤波实验的结果。     

四旋翼无人飞行器实验平台设计及姿态控制研究

为了实现四旋翼无人飞行器姿态的稳定控制并验证控制算法的性能,设计了一种可用于四旋翼无人飞行器姿态控制算法研究及控制性能测试的物理实验平台。首先,利用牛顿-欧拉法建立了四旋翼无人飞行器的六自由度动力学模型;其次,对姿态传感器数据进行融合,利用互补滤波算法实现对四旋翼飞行器姿态进行快速准确解算;然后,在MATLAB环境下搭建了四旋翼飞行器仿真模型,并设计改进的PID控制器对飞行姿态进行了仿真;最后,搭建了一个四旋翼无人飞行器姿态控制的物理实验平台,进行了飞行器姿态控制算法的性能测试。实验结果表明了四旋翼无人飞行器实验平台设计的合理性和正确性,是一种快速有效的飞行器姿态控制算法性能测试实验平台。     

悬线式物镜力矩器动态特性的仿真实验研究

悬线式物镜力矩器是目前光学头系统中使用最为广泛的力矩器,其动态特性直接决定了光学头的读写性能。基于ANSYS参数化设计语言(APDL)建立了悬线式光学头物镜力矩器的仿真设计平台。通过仿真平台进行了力矩器一阶共振频率和峰值、二阶共振频率和峰值、扭转共振频率、静态灵敏度、动态灵敏度和相位等动态特性参数的仿真实验,仿真计算的结果与实际测量的结果相比,最大相对误差为4.2%。该仿真平台对于二维乃至三维悬线式物镜力矩器的设计和评价都具有重要的指导意义。     

结构光编码的MATLAB程序优化设计

结构光编码在光学非接触三维测量中是一种重要的图像编码方法。因为它要对多幅图像中的对应像素点进行处理,数据量很大,循环运算次数很多,因而通常是在代码执行效率较高的VisualC++上实现。由于VisualC++编程和调试都比较困难,所以不是一种理想的研究平台。由于MATLAB具有很强的矩阵运算、信号处理、数据分析、图像处理和显示等功能,应用和扩展方便简单,因而MATLAB是理想的结构光编码研究平台。尝试在MATLAB中实现高效的结构光编码算法,用向量化代替常规的循环判断,使程序运行效率提高较大,进而与其它部分一起组合成为统一、方便、快速和灵活的与结构光编码相关的光学无接触三维测量研究平台。     

无调制两面锥波前传感器的衍射理论分析和数值仿真

两面锥波前传感器(two-sided pyramid wavefront Sensor,TSPWFS)是一种高空间采样率和高光能利用率的波前传感器.为了深入研究它的波前复原原理,采用波动光学理论详细推导了无调制TSPWFS的衍射理论,给出了无调制TSPWFS波前复原时线性重构矩阵的解析解,并且通过数值仿真确定出最佳的光瞳像中心间距,并对静态像差的波前复原及闭环校正进行数值仿真.分析结果表明,无调制TSPWFS具有波前复原时不需要现场测量响应矩阵,可以校正系统像差,闭环校正结果稳定等优点,可以在实际自适应光学系统中进行波前探测. 关键词： 自适应光学 两面锥波前传感器 波前复原     

Hybrid Deconvolution of Adaptive Optics Retinal Images from Wavefront Sensing

Adaptive optics can be used to compensate for the wave aberration of the human eyes to achieve high-resolution imaging in real time. However the correction ＆ partial due to the limitation of hardware. We propose a kind of hybrid image post-processing method, which uses the blind deconvolution combined with the residual data in wavefront sensor to restore the partially adaptive optics corrected retinal image. This method is applied in the image restoration of the vivid human retinal images. The results show that it is effective to improve the retinal image quality.     

基于纳米天线的多通道高强度定向表面等离子体波激发

设计了一种带有纳米天线的金属微腔结构, 以实现高强度表面等离子的定向激发. 在利用双狭缝结构实现表面等离子体波定向激发的基础上, 分别结合共振增强和干涉相长原理, 在传统结构的入射端面上添加纳米天线结构, 并增加狭缝通道数, 实现了定向激发的表面等离子体波的能量增强. 基于纳米天线的多通道高强度定向表面等离子体波激发装置结构简单, 系统紧凑, 并能够有效提高定向传播的表面等离子体波的能量密度和传播距离, 其对微纳光学传输和高密度光学集成领域等方面的研究具有重要意义.     

基于Gate与Matlab的PET电子学仿真系统研究

正电子发射断层成像PET （Positron Emission Tomography）是一套庞大、复杂而又极其精密的大型医疗设备,由成千上万个探测单元及相应的信号采集通道组成,其复杂的采集逻辑直接导致系统前期研发迭代次数多、硬件调试困难,且时间与资金成本投入高。本文通过研究PET系统整体结构及前端电子采集模块的功能,设计出基于Gate仿真软件（Geant4 application for tomographic emission）和MATLAB （matrixlaboratory,Mathworks Inc.）数据处理包的PET电子学仿真架构,利用数字化单事件重建DiSER （digitalsingle-event-reconstruction）模型将Gate仿真得到的湮灭事件的能量、时间信息进行综合,转换为光子脉冲信号并由模数转换器ADC （analog-to-digital converter）进行量化,量化数据输入到现场可编程门阵列FPGA （field programmable gate array）和MATLAB协仿真模块中,验证FPGA硬件采集算法的可行性。待各模块的湮灭事件采集完毕,将多模块数据进一步综合输入到FPGA符合处理模块中,完成PET系统符合单元的功能验证。最后,将设计的算法在基于飞行时间技术的TOF （time-of flight）-PET样机上进行了测试,验证了设计的有效性和正确性。该系统仿真平台可应用于PET系统整个研发周期,其搭建思路也可灵活、有效地拓展到其他领域的系统建模与验证之中。     

基于单片机的直流电动机的信号采集系统设计

装甲车辆起动过程中,直流电动机部分容易发生故障,传统的电机诊断方法都是定期制定维修计划,这种检修方式容易造成维修不足、维修过量以及盲目维修的问题,为了深入分析电动机故障发生时的参数信息的变化,构建一套能够采集电机运行参数的系统,对采集电枢电流和振动信号进行时频域分析,能够反映故障发生的特点;该系统以STM32103C8T6为主控芯片,设计了电流、振动信号采集电路,信号调理电路,对A/D转换模块、数据存储模块进行了编程实现,能够对直流电动机的电枢电流和振动信号进行实时采集,并将数据保存到上位机中进行后续的调用处理;通过测量对比直流电动机起动过程轴承部位发生不同故障时的电流和振动信号,利用MATLAB仿真实现时域内的信号显示,并在MATLAB平台中,编程实现了振动信号的时频域分析;仿真结果表明,该采集系统能够准确测量信号,具有成本低,体积小,精度高等优点,能够为故障特征提取提供较好的数据基础。     

LabVIEW与Matlab在信息光学教学中的应用

计算机仿真技术已经被广泛应用到教学和科研中.将LabVIEW和Matlab引入信息光学课程教学中,通过设计相关的程序,可使复杂的物理理论以形象直观的实验仿真表现出来.经过实践证明,该措施可提高学生的学习兴趣和教学质量.     

Speeding up the MATLAB complex networks package using graphic processors

The availability of computers and communication networks allows us to gather and analyse data on a far larger scale than previously. At present, it is believed that statistics is a suitable method to analyse networks with millions, or more, of vertices. The MATLAB language, with its mass of statistical functions, is a good choice to rapidly realize an algorithm prototype of complex networks. The performance of the MATLAB codes can be further improved by using graphic processor units (GPU). This paper presents the strategies and performance of the GPU implementation of a complex networks package, and the Jacket toolbox of MATLAB is used. Compared with some commercially available CPU implementations, GPU can achieve a speedup of, on average, 11.3×. The experimental result proves that the GPU platform combined with the MATLAB language is a good combination for complex network research.