超衍射成像中 双螺旋点扩展函数的三维定位精度

开关效应和单分子定位的结合可以实现样品的超衍射分辨成像, 双螺旋点扩展函数将单分子定位纳米分辨从二维扩展到了三维.本文对双螺旋点扩展函数的三维定位精度展开了探讨.首先, 基于费希尔信息量, 计算了双螺旋点扩展函数的无偏估计, 得出其理论定位精度, 并分析了光子数、背景噪声以及有效像元尺寸大小对其定位精度的影响; 其次, 基于单分子定位实验过程中对于数据分析通常采用的高斯拟合质心定位算法, 通过误差传递函数定律求得双螺旋点扩展函数的轴向定位精度.计算机模拟结果表明, 在光子数大于1000的条件下, 高斯拟合质心定位精度和费希尔信息量理论定位精度符合较好. 本文的讨论不仅为双螺旋点扩展函数的三维定位精度提供了理论依据, 同时也可为实验提供理论指导. 关键词： 双螺旋点扩展函数 费希尔信息量 定位精度 高斯拟合     

结合模板匹配和梯度峰值的对角标志自动提取方法

为了提高视觉测量系统的自动化水平和测量精度,提出了一种结合模板匹配和梯度峰值的对角标志自动提取方法。使用旋转不变模板匹配方法得到原始图像与标准模板的相关系数矩阵,通过两次阈值筛选获取标志点候选位置。根据两条直线相交于标志中心处以及中心处灰度梯度存在多个峰值的特性,剔除非合作标志点,得到对角标志点初始坐标。通过生成对角标志理想相关模板,利用相关系数拟合极值法进行亚像素定位。实验结果表明,该方法可以正确提取复杂环境下对角标志或棋盘格图像中的角点,而且需要人工调节的参数少、稳健性强、定位精度高且通用性好,可应用于工程实践中环境光源变化较大的测量场合。     

一种改进的自适应模糊阈值图象分割方法

自适应模糊阈值图象分割方法的关键和困难在于隶属函数窗宽的自动调整和阈值搜索范围的确定.依靠图象灰度的统计特性初步确定阈值搜索范围，提出了一种改进方法，进而得到隶属函数的窗宽.实验表明这种方法避免了确定图象灰度直方图峰位置的困难，对较低亮度图象分割效果良好.     

动态光散射颗粒测量中相关函数最优截断点的确定

从动态光散射信号中反演纳米颗粒粒度分布,结果准确性和重复性受测量的自相关函数数据点影响,数据点长度不同会导致不同的反演结果.为了解决该问题,提出了一种根据拟合自相关函数的均方根误差来截断自相函数的方法,该方法通过设置拟合误差阈值来自适应地选择最佳自相关函数数据点数.实验结果表明,使用均方根误差阈值方法获得的颗粒粒度分布...     

多点测量法与最小偏向角法在色散特性测量中的比较分析

探讨入射角、偏向角关联函数上有利区域的多点测量法,在获取这些非最小偏向角的测量数据后,进行最小二乘法的非线性拟合,得到对应入射光线波长的介质的折射率,从而可对系列谱线的折射率进行色散方程拟合,进而,其拟合结果的不确定度与通常采用的最小偏向角方法实现的色散方程拟合的参数不确定进行比较.实验表明,多点测量拟合法可获得拟合量的较小相对误差及较高相关系数,多点测量法可作为一种高精度测量介质折射率及色散特性的补充方法.     

动态光散射双峰粒度反演中相关函数拟合窗口的优化选择

利用双峰颗粒样品相关函数的相对衰减特性，提出基于衰减特性的长延时相关函数相继提取法。该方法分别定义小颗粒相关函数拟合窗口的起始点，间隔点和大颗粒相关函数拟合窗口的终止点。首先，将间隔点定义为相对衰减特性极小值对应的延迟时间；其次，以间隔点为界，根据相对衰减特性图纵坐标最大值与其他纵坐标值的比例关系，确定小颗粒相关函数拟合窗口的起始点与大颗粒相关函数拟合窗口的终止点。以此三个参考点作为相关函数拟合窗口的选取准则，对拟合窗口进行优化选择，减小窗口选择的盲目性，从而提高粒度反演结果的准确性。模拟数据与实验数据表明，改进的优化算法反演结果显著降低了颗粒粒径相对误差、峰值位置相对误差以及相关函数均方根误差，提出的基于衰减特性的长延时相关函数相继提取法优于传统长延时相关函数相关提取法。     

基于CCD探测器的点目标成像平均半径误差分析及最优阈值选择

在反射式望远镜系统误差校正过程中,常以点目标的清晰度函数作为成像质量的评价指标。通过优化算法对存在误差的参量进行校正,使清晰度函数达到极值。平均半径作为点目标成像的清晰度函数由于具有适用范围大、动态特性好的特点而得到广泛的应用。然而,在实际工作过程中,由于探测器噪声等因素的影响,平均半径计算值与理论值存在一定的偏差,从而对校正过程产生影响。对噪声下平均半径的计算误差以及阈值对误差的影响进行了理论和仿真分析,结果表明存在最优阈值使计算误差达到最小,并对不同噪声强度下仿真的最优阈值数据进行拟合,给出了最优阈值拟合公式,分析表明该公式能够较准确的计算最优阈值。     

高反射膜激光零几率损伤阈值的实验研究

 在确定光学薄膜激光损伤阈值的实验数据处理过程中，发现一些样品的数据点分布偏离直线型式。对此，用国际标准规定的零几率来确定损伤阈值的同时，对测试数据点采用了不同的非直线拟合，也得到一个零几率损伤阈值。比较两者差异，并与实验测试结果对照，发现这些样品采用非直线拟合得出的零几率损伤阈值与实际情况更接近一些。     

基于目标和点扩展函数联合估计的点源目标图像近视解卷积

在传统的基于波前探测的解卷积方法中,由波前探测得到的点扩展函数被认为是精确的,并用维纳滤波进行复原,但是点扩展函数不可避免地存在误差,所以最终的复原目标图像质量不佳.为了解决该难题,提出了基于目标和点扩展函数联合估计的图像近视解卷积算法.它运用了点扩展函数和目标的先验信息,对点扩展函数和目标进行了规整和进一步约束,从而得到更优的恢复图像质量.对该方法的原理和实现过程进行了阐述,并将其运用于室内点源目标数据中.实验结果证明,与维纳滤波方法相比,该方法使图像恢复的效果得到明显改善.     

偏离中心入射的γ针孔成像系统点扩展函数

基于蒙特卡罗方法,对γ射线针孔成像系统进行了点扩展函数的模拟研究.采用高斯拟合法比较了入射点中心入射及分别偏离0.5像素、1像素、1.5像素和2像素五种条件下γ射线针孔成像系统的点扩展函数,得出相应系统的调制传递函数,并对空间分辨率进行比较.研究结果表明,当偏离量较小时,利用高斯拟合方法得到的γ针孔成像系统的点扩展函数误差较小,能够满足精度要求;当偏离量较大时拟合误差较大.另外,在针孔与探测器之间加一层理想挡板来减少散射,可以显著地减少拟合误差,提高其空间分辨率.     

基于DEM的战场目标侦察定位技术研究

针对现有侦察手段侦察定位精度低、速度慢的问题,运用数字摄影测量技术的相关理论与方法,提出了在DEM的基础上,以摄像机为"视点",通过透视模型的变换与相关算法计算获取所摄对像三维坐标的单摄像机侦察定位方法,给出了具体的实现步骤。目标定位实验表明,该方法具有定位精度高、实时性强的特点。     

小波变换在区域波前重构算法中的应用

在自适应光学中使用区域法进行波前重构的一个主要困难是计算量非常大。通过对重构矩阵进行小波变换 ,并对生成的矩阵选取门限 ,获得稀疏矩阵 ,从而可在对重构精度仅有轻微影响的情况下 ,显著降低计算量 ,提高计算速度。文中根据 Bowman[1 ]的理论分析 ,证实了小波变换应用于 Kolmogorov大气扰动重构的适用性 ,提出了适合工程设计应用的门限选择方法和评价参数 ,针对 Kovlmogorov大气扰动进行了计算机仿真 ,给出了有实际应用价值的结果     

基于平方根算符的2维广角有限差分波束传播法

有限差分波束传播法 (FD BPM)是模拟光在光波导器件中行为特性的重要数值方法 ,它的模拟精度决定于它的帕德 (Pad啨)展开阶数以及计算步长 ,阶数越高或计算步长越小精度就越高 ,但是计算时间就越长。为了在比较低的阶数和适中的步长下获得较高的计算精度 ,从平方根算符出发 ,运用了一些试探性的展开方法对平方根算符进行处理 ,得到 3种 2阶广角波束传播法计算公式 ,数值计算表明这些公式比传统广角波束传播法的 2阶计算公式具有更高的精度 ,而且可以将该试探性处理方法推广到更高阶的广角波束传播法。     

Research on FBG sensor signal wavelength demodulation based on improved wavelet transform

A new Fiber Bragg Grating (FBG) wavelength demodulation scheme is studied in the paper, which consists of an improved de-noising method and Gaussian fitting peak searching algorithm. The improved translational invariant wavelet without threshold adjust factor is proposed to get a better de-noising performance for FBG sensor signal and overcome the drawbacks of soft or hard threshold wavelets. In order to get a high wavelength demodulation precision of FBG sensor signal, this de-noising method is designed to combine with Gaussian fitting peak searching algorithm. The simulation results show that the wavelength maximum measurement error is lower than 1 pm, and can get a much higher accuracy.     

基于跟踪度的Gabor小波特征跟踪方法的研究

图像的边缘包含了目标的大量特征信息。利用Gabor小波可以从目标图像中提取具有特征位置、角度和尺度的参数。利用这些参数可以重建除均值以外的所有图像信息。图像边缘与均值无关。根据重建图像边缘线段的长度和边缘拟和度以及特征点的个数,提出了跟踪度的概念,分析了跟踪度的性质,并在跟踪度准则指导下确定了跟踪的特征点个数。仿真实验证明,跟踪度反映了目标特征跟踪的可靠程度,提供了跟踪精度的客观标准,为选择特征点个数、平衡计算复杂度和跟踪精度提供了客观的依据。通过对目标进行姿态变换和大面积遮挡的跟踪实验证明,当跟踪度达到0 95以上时就可以稳定地跟踪目标。     

阵列相关系数比对法在中药鉴别中的应用研究

中药材红外光谱具有“指纹”性,通过对红外特征吸收谱图的比对可达到区分和鉴别药材的目的。该研究用Visual Basic 6.0设计了中药材红外光谱阵列相关系数比对软件,建立了300多种中药药材的红外光谱数据库,将未知药材的红外光谱与数据库中药材的红外光谱进行比对,它能依11个波段两光谱相关系数的大小自动找到与库中最相似的光谱的药材,从而达到鉴别未知药材的目的。研究结果表明：在光谱数据库所包含的药材范围内,指定阵列相关系数的阈值,抓住特征波段光谱的比对,可避开CO₂和H₂O等外界因素对谱图的干扰,使比对结果准确可靠。该法有望成为中药材快速鉴别的一种常规手段。     

高功率激光能量测试的卡计系数标定技术

提出在卡计系数标定中采用直线拟合方法,综合考察相关系数、斜率、截距、斜率和截距标准偏差等参数,以斜率相对标准偏差作为采用何种直线拟合的主要判断依据;若过零直线拟合的斜率相对标准偏差小于不过零的斜率相对标准偏差,认为截距为随机误差,卡计系数标定按照非等精度的加权平均法求解;反之,应按照不过零直线拟合,截距为测试的系统误差,根据定位回归误差大小判断并剔除粗大误差;这样可以合理给出激光能量测试的卡计标定系数。     

应用经验模态分解的拖船噪声信号重构及抵消方法

针对拖船干扰的时空特点,提出了将EMD(Empirical Mode Decomposition)应用于拖船噪声信号重构及抵消的方法。为了解决以往需要人工干预挑选EMD输出的多路IMF分量的缺点,提出了将多路IMF(Intrinsic Mode Function)分量与基元域信号按照线谱与连续谱分别做功率谱相关并以谱相关系数最大为准则的挑选算法。基于逆波束形成的理论,利用挑选后的IMF分量重构基元域信号,并与原始基元域信号谱减后再进行方位估计。拖曳声呐模拟器数据与实际海试数据验证结果表明,本文算法能够提高弱目标空间增益,尤其是对于靠近干扰盲区的弱目标空间增益提高明显,并且对拖船多途角扩展干扰也具有较好的抵消能力。      

子孔径拼接检测光学系统波前机械定位误差补偿算法

为了实现大口径光学系统波前子孔径拼接干涉测量,保证子孔径采样数据准确定位,提出了子孔径拼接定位补偿算法。介绍了该算法原理,分析了该算法子孔径定位误差补偿能力。首先根据被检光学系统和子孔径口径大小规划出采样子孔径布局,在子孔径采样装置机械精度误差范围内对子孔径进行拼接,根据所求子孔径定位误差补偿系数和调整误差系数,得到被检全孔径波前,完成大口径光学系统波前的拼接检测。通过仿真验证了该算法的可行性,在机械平移定位精度为1 mm和转动角定位精度为0.5°时,用该算法实验检测口径为200 mm的光学系统平面波前。检测结果表明该算法稳定可靠,能有效补偿机械精度引起的子孔径定位误差,从而可放宽对机械定位精度的要求。     

Stability of Zernike coefficients solved by the covariance matrix method in the analysis of the wave front aberration

The deduction of Zernike coefficients is usually influenced by the finite number of sampling dots on interferogram and their inherited measurement errors. In this paper, a simplified Gram-Schmidt method for solving the Zernike polynomial with the higher fitting precision is presented and used to analyze the wave front aberrations for the circle interference fringe of the fine polished aluminum disk surface captured by a Twyman-Green interferometer system. We find the stability of the Zernike coefficients changes with changing the Zernike term, which has lead to the wrong expression for the wave front aberration. By analyzing the condition number of the coefficients matrix and the fitting precision of the method, it is indicated that the instability can be avoided when the Zernike term is lower than 14. Such an analysis will be valuable in solving the Zernike polynomial for the wave front aberration analysis in optical testing.