优化的数字全息显微成像系统

基于预放大数字全息显微系统的全息图记录与再现过程及其点扩散函数的分析, 从成像分辨率、成像质量及实现的难易程度等方面对数字全息显微中六种常见记录光路系统的成像性能进行了对比研究. 结果表明, 像面数字全息术具有最高的成像分辨率及成像质量, 其成像分辨率与记录器件的光敏面尺寸无关, 该系统对信息的记录是完整的, 而且记录过程不必考虑物体被照亮区域的大小, 再现过程非常简单, 是优化的数字全息显微成像系统. 等波面弯曲的物参光像面数字全息术非常有利于位相解包裹及位相畸变补偿的正确进行, 该系统更适合于位相显微. 实验结果验证了理论分析的正确性. 关键词： 显微数字全息 预放大数字全息 像面数字全息 分辨率     

Physical spherical phase compensation in reflection digital holographic microscopy

Reflection configured digital holographic microscopy (DHM) can perform accurate optical topography measurements of reflecting objects, such as MEMs, MOEMs, and semiconductor wafer. It can provide non-destructive quantitative measurements of surface roughness and geometric pattern characterization with nanometric axial resolution in real-time. However, the measurement results may be affected by an additional phase curvature introduced by the microscope objective (MO) used in DHM. It needs to be removed either by numerical compensation or by physical compensation.We present a method of physical spherical phase compensation for reflection DHM in the Michelson configuration. In the object arm, collimated light is used for illumination. Due to the use of the MO, the object wavefront may have a spherical phase curvature. In the reference arm, a lens and mirror combination is used to generate a spherical recording reference wave in order to physically compensate the spherical phase curvature of the object wavefront. By controlling the position of the mirror and the sample stage, the compensation process has been demonstrated. The relative positions of the test specimen and the reference mirror must be fixed for the physical spherical phase to be totally compensated. A numerical plane reference wave is preferred for the numerical reconstruction of the phase introduced by the test specimen. Experimental results on wafer pattern recognition are also given.     

一种新的数字式多媒体图像采集系统

本文以多媒体概念为指导思想，论述了一种新的数字式多媒体图像采集系统。它采用多制式数字解码器、视频窗口控制器等超大规模集成电路芯片构成，较之以往的模拟式图像采集系统有本质区别     

高质量数字全息波面重建系统研究

基于阿贝成像理论对数字全息波面重建系统进行研究. 结果表明,利用成像系统对物光场进行变换,可以让物光场的高频角谱分量到达电荷耦合器件（CCD）探测器.为研究重建物光场质量,导出了CCD在光学系统后任意位置波面重建的计算公式,研究了物光通过傍轴光学系统到达CCD时波面重建系统的脉冲响应. 理论及实验研究表明,将CCD平面置于物光场像平面附近可以对物光场进行高质量重建. 关键词： 信息光学 数字全息 波面重建     

级联积分梳状滤波器在超声检测系统中的应用*

在超声探伤系统中,通常要求回波幅度的垂直线性误差小于±5%,通常采样率需10倍于原始信号频率以上,对于高频探头来说对仪器的A/D性能要求较高。该文提出了一种基于现场可编程门阵列的对探伤信号恢复幅值方法,采用高效的级联积分梳状滤波器(CIC滤波器)及其FIR补偿滤波器进行滤波插值,在有限的采样频率下实现了高频信号的幅值恢复,并通过MATLAB和自研硬件平台进行了仿真、架构和实验,验证了CIC插值滤波器的滤波误差小于2.2%且效率高于具有同等插值效果的FIR插值滤波器,具备很好的工程应用价值。     

数字图像技术的数字滤光方法在图像测温中的应用

针对在比色测温法中由CCD光谱响应带宽引起的误差,提出了数字滤光的误差校正方法。该方法利用数字图像技术将光谱曲线离散化,采用离散化数据模型展开比色测温计算,在540±10nm绿光段和640±10nm红光段分别加入数字滤光算法,测温误差与外光路搭载滤光片效果接近。该方法简单实用,精度较高,在无外置滤光光路情况下实现了彩色CCD摄像设备的辐射测温,可为图像测温产品的便携性和适用化带来便利。     

大相对孔径数字化X射线成像系统的光学设计

 针对60 mm×45 mm尺寸碘化铯荧光屏,设计一个用于牙科诊断的X射线数字化成像光学系统。选用有效尺寸4.8 mm ×3.6 mm的CCD作为接受器件,光学系统结构型式为复杂化双高斯型,相对孔径和全视场角分别达到F/0.9和35°,有效焦距9 mm。全视场MTF 在空间频率56 lp/mm时高于0.75,全视场畸变为1.8%, 边缘视场照度与中心视场照度之百分比达到80%。从设计结果可以看出,整个系统的像差得到了较好的校正,满足数字化X射线成像系统的使用要求。     

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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。     

基于后推式航空数字相机像移补偿试验及效果评价

分析了航空数字相机像移的产生机理,提出了一种后推式像移补偿方法。搭建了航空数字相机的航拍仿真试验台,通过微米电机控制相机镜头反向运动的补偿速度和补偿量,实现后推式像移补偿。利用图像清晰度评价补偿前后的图像效果,补偿后像移残差值低于1/3像素。最后给出了后推式补偿方法与软件补偿方法的对比,结果表明,后推式补偿方法在补偿精度方面优于软件补偿方法,说明了该方法的可行性。     

Speech enhancement based on the discrete Gabor transform and multi-notch adaptive digital filters

This paper presents a new method to speech enhancement based on time-frequency analysis and adaptive digital filtering. The proposed method for dual-channel speech enhancement was developed by tracking frequencies of corrupting signal by the discrete Gabor transform (DGT) and implementing multi-notch adaptive digital filter (MNADF) at those frequencies. Since no a priori knowledge of the noise source statistics is required this method differs from traditional speech enhancement methods. Specifically, the proposed method was applied to the case where speech quality and intelligibility deteriorate in the presence of background noise. Speech coders and automatic speech recognition (ASR) systems are designed to act on clean speech signals. Therefore, corrupted speech signals by the noise must be enhanced before their processing. The method uses a primary input containing the corrupted speech signal while a reference input containing the noise only. In this paper, we designed MNADF instead of single-notch adaptive digital filter and used DGT to track frequencies of corrupting signal because fast filtering process and fast measure of the time-dependent noise frequency are of great importance in speech enhancement process. Therefore, MNADF was implemented to take advantage of fast filtering process. Different types of noises from Noisex-92 database were used to degrade real speech signals. Objective measures, the study of the speech spectrograms and global signal-to-noise ratio (SNR), segmental SNR (segSNR), Itakura-Saito distance measure as well as subjective listing test demonstrated consistently superior enhancement performance of the proposed method over traditional speech enhancement method such as spectral subtraction. Combining MNADF and DGT, excellent speech enhancement was obtained.     

资料同化中的数字滤波弱约束试验及分析

气象数值预报中,由于分析过程引入初始非平衡,从而引起虚假快波振荡,重力波控制弱约束把资料分析过程和初始化过程结合在一起,通过数字滤波弱约束在极小化过程中实现对分析场的平衡约束,克服非平衡问题. 以2008年初的一次南方雨雪天气为研究个例,进行了数字滤波弱约束的同化试验和预报试验,结果表明,数字滤波弱约束4D-Var能充分控制快波振荡的出现和初始调整现象,使得到的分析场不仅能更好的逼近观测,而且能更好地与模式动力相协调. 预报检验的结果表明,在同化过程中施加数字滤波弱约束,能有效滤除由于地形或观测资料等因素 关键词： 变分同化 初始非平衡 数字滤波 弱约束     

高速实时长时无压缩数字视频记录分析系统

提出了一种由高速摄像机、高性能采集卡、视频服务器及记录分析软件组成的系统,在完成对数字图像的高速实时无压缩记录的同时,还可实现实时回放与处理的功能。采用具有异步I/O功能的SCSI磁盘阵列,基于RAID技术,解决了快速CPU和慢速磁盘I/O之间的瓶颈。实验结果表明,系统可实现对648(H)×484(V)的黑白数字图像以120帧/s的速度实时无丢帧的记录与处理。     

一种数码相机定焦镜头的光学系统设计

为适应市场上对结构简洁、成像品质高且生产成本低的数码相机镜头的需要,运用光学设计软件CODE V,在传统数码相机定焦镜头的基础上,结合非球面塑料透镜理论,模拟出了生产成本较低的三片式数码相机定焦镜头。该数码相机镜头结构的特点是：模块仅包括3块透镜;选择塑料镜头代替玻璃/塑料混合镜头或者全玻璃镜头,降低了系统的生产成本;系统的后焦距增大到0.8116mm,能够确保良好的远心光路性能;透镜表面完全采用非球面设计,较好地校正了球差等各种像差,使透镜具有良好的光学成像性能。     

数字投影系统在三维轮廓术中的应用

提出了一种测量三维形貌的新型系统 ,并对该系统的特点进行了分析。通过本实验系统与传统实验系统的比较 ,指出了本系统的优点。运用本实验系统 ,采用四步相移法测量的实验步骤 ,提出了一种新的简易而有效的解包络算法。给出了运用本方法测量人头像和标准斜面的结果。通过对测量结果的分析 ,对本实验系统进行了误差因素分析。结果表明 ,该系统易于实现 ,且具有很高的测量精度 ,有广泛的实用价值     

多模式光学数字全息实验教学系统

研究设计了一种多模式现代光学数字全息成像实验教学系统.该系统可通过多光路模式与CcD技术相结合建立并记录数字全息图频率场,采用不同数学算法和程序实现全息图的全数字化重构再现与图像的三维测量,并通过界面设计详细演示数字全息成像的原理与过程.     

用于重离子加速器磁铁电源的数字调节器设计

 介绍了兰州重离子加速器冷却储存环上采用高级RISC微处理器(ARM)+现场可编程门阵列(FPGA)+DA/AD技术、状态空间方程方法实现对磁铁电源系统数字调节器的设计,它可以实现5阶及以下各阶的调节控制。运用ARM作为调节控制系统的核心处理器,完成系统的多线程任务处理。电源的精度调节通过FPGA和DA/AD相结合的技术来实现,通过千兆光纤接口实现外接数字信号处理器输入信号的直接传输。同时通过光电隔离器对叠加在输入/输出32 bit数字状态量的干扰脉冲进行抑制。经现场测试该调节器达到了加速器电源系统1×10^-4量级的精度要求,并减少了电源系统的故障恢复时间。     

De-noising of wayside acoustic signal from train bearings based on variable digital filtering

In the wayside Acoustic Defective Bearing Detector (ADBD) system, the recorded signal usually includes both the sound from train bearings and the other disturbance sources. The fact of heavy noise corruption and the Doppler Effect of multi-source acoustic signals would badly reduce the effectiveness of online defect detection of the ADBD system. In order to extract useful information from the multi-source signal with Doppler Effect, this paper proposes an effective de-noising method based on the variable digital filter (VDF) for the ADBD system. Specifically, the ridge extraction based on Short-Time Fourier Transform (STFT) is applied to estimate the instantaneous frequencies (IFs), with which the fitting IF curves based on the Morse theory of theoretical acoustics could be achieved by using the nonlinear curve-fitting so that the parameters of the initial position of the acoustic sources could be calculated. By the aid of these parameters, the IFs according to the target train bearing could be then extracted. After that, the FIR variable digital filters could be designed with all the IFs which match the Morse theory with Doppler Shift so that the noise from the other parts could be effectively restrained after filtering the original signal. The effectiveness of this method is verified by means of a simulation with multi-frequency signals and applications to diagnosis of train roller bearing defects. Results indicate that the proposed method is effective.     

球面参考光预放大数字全息成像系统分辨力

为了提高数字全息成像系统的成像分辨力,对以球面波作为参考光波的预放大数字全息成像系统的记录和再现过程进行了理论推导,得出了该系统的脉冲响应表达式,并由此分析了决定该系统成像分辨力的因素。在CCD成像分辨力高于显微物镜分辨力的情况下,通过对分辨力测试板进行实验,讨论了系统分辨力与记录距离的关系。结果表明：再现像的分辨力对记录距离不敏感;但在记录距离为零,即像面数字全息系统下,再现像具有更高的分辨力。实验结果与理论分析一致。     

无透镜傅里叶变换显微数字全息成像系统的焦深

基于透镜相干光学成像系统的斯特列尔(Strehl)判据, 对无透镜傅里叶变换显微数字全息成像系统的焦深进行了推导, 得到了参考点源对称偏置和非对称偏置两种情况下的焦深表达式. 结果表明, 无透镜傅里叶变换显微数字全息成像系统的焦深决定因素与透镜相干成像系统的焦深决定因素不同, 其焦深不仅与照明光源的波长, 成像系统的孔径及记录距离有关, 还与参考光源的配置有关. 计算机模拟和实验结果均证明了理论分析的正确性.     

高分辨率多光谱数字相机电子学系统的设计

设计了一种基于多光谱技术的机载数字相机电子学系统。它包括时序产生单元、信号处理单元、信号控制单元、数据输出接口单元和数据采集存储单元等几部分。系统具有调光和行频调节功能,用以满足在不同能量状态和不同飞行高度下的成像质量。考虑到机载设备的特殊要求,对其进行了轻量化设计和机载稳定平台设计。它具有实时高速存储和实时采集数据的功能。结果表明,机载数字相机电子学系统的各种功能完全满足设计要求,为实现高分辨率探测提供了保证。