空间变光学信息处理述评

一、引 言 近几年来国内外对空间变光学信息处理的研究已有若干进展. 1975年我们曾用一种非相干光方法,处理转动大模糊图象,实验和理论文章已发表[1].在文献[2,3]中论述了用平面光学元件列实现一般线性光学变换以及用迭代法求解.此后,我们对此类系统又做了一些讨论和具体计算. 正如大家所熟悉的,线性光学系统输出函数g(x,y),与输入函数f(x,y)的关系,由迭加积分表述:h(x,y;x',y')是光学系统的点扩展函数,它表示系统在输出平面上(x,y)点对于输入平面上(x',y')点δ函数的响应.当它具有h(x-x'.y-y')形式时,则此系统被称为“空间平移不变的”,或…     

傅里叶变换光学基本原理讲座 第六讲 空间滤波和光信息处理

一、相干光学图象处理系统(4F系统) 正如第五讲所述,用夫琅和费衍射来实现图象的频谱分解,最重要的意义是为空间滤波创造了条件.由于衍射场就是屏函数的傅里叶频谱面,空间频率(fx,fy)与衍射场点位置(ξ,η)一一对应,使得人们可以从改变频谱入手来改造图象,进行信息处理.为此设计了图6.1所示的图象处理系统. 在此系统中,两个透镜L1,L2成共焦组合,L1的前焦面(x,y)为物平面O,图象由此输入.L2的后焦面(x’,y’)为象平面Ⅰ,图象在此输出.共焦平面(ξ,η)称为变换平面T,在此可以安插各种性能的空间滤波器. 当平行光照射物平面时,整个OTI系统是…     

线性参数估计中一个值得注意的问题

测量量(x_i,y_i)满足一定条件的线性函数 y=α+βx (1)的最小二乘参数估计值为■的方差为 其中(?)=1/n sum from 1 to n(x_i),(?)=1/n sum from 1 to n(y_i),σ~2=D(y_i)。普通物理实验的数据处理中有很多这类问题。测量量(x‘,y‘)满足一定条件的线性函数最佳估计量,应改用下式计算y=a+刀x(1)万 乙(y‘一a)x‘一1(5)戈乙1的最小二乘参数估计值为 a=y一刀x(2)D(少(6) X.名i声干(劣一劣)(y‘一y)名(x。一x)“(3)从数学上看,(3)式与(5)式的差刀的方差为 D(刀) az名(x‘一x)2别仅在于解正规方程(4)。a+名二‘刀==兄夕‘习x‘a+习x蓄刀=习x‘…     

边界效应的相互作用及透射光束的反向Goos-Hanchen位移

根据Goos-Hanchen (G-H)位移的定义［1，2］，入射角为θ的TE光束通过空气中厚度为a、折射率为n的光密介质板时，透射光束的G-H位移为Δy=(2kya)/(kx) (k2x(k2x+k′2x)/k40)/(4k2xk′2x/k40+sin2k′xa)-(ky)/(kxk′x) (sin2k′xa)/(4k2xk′2x/k40+sin2k′xa)(1)其中kx、k′x分别为光束在空气和介质板中的波矢量在垂直于介质板方向上的分量，ky为光束的波矢量在平行于介质板方向上的分量，k20=k′2x-k2x。式(1)给出的光束的G-H位移不同于折射定律给的结果atanθ′，这里θ′由折射定律决定nsinθ′=sinθ。由式(1)可见，透射光束的G-H位移为负的充分条件是k2x(k2x+k′2x)/k40sin2k′xa/2k′xa,这就要求k′xa比较小，即介质板的厚度比较小。G-H位移为负说明在这种情况下，光密介质板的等效折射率为负，这个现象有点类似于Shelby等人最近发现的负折射率现象［3］。当介质板的厚度很大时，式(1)的第二项与第一项相比可以忽略不计，此时G-H位移大于零。可见G-H位移为负是介质板的两个边界共同作用并相互影响的结果。但这时的G-H位移与折射定律给出的结果还是不同的。值得指出的是，对于具有一定发散角的光束而言，式(1)的第一项的第二个因子和第二项的本身是入射角的函数，从而是k′xa的周期函数，当玻璃板的厚度较大时，对这些周期函数在一个周期内平均可得<Δy>atanθ′，这正是由折射定律求得的结果。     

截面的几何形状决定三维函数的混沌特性

计算仿真发现,函数f(x,y,z)=sin(k(x2+y2+z2)),f(x,y,z)=k(1-(x2+y2+z2))e(-(x+y+z+u)2),f(x,y,z)=k((x2+y2+z2)/3)(1-(x2+y2+z2)/3)分别与另外两个随机产生的二次多项式函数均可组合成一个三维离散动力系统,当系数k,u在一定范围内取值时,系统出现混沌吸引子的概率可以大于90%.通过绘制分岔图、Lyapunov指数图等对上述系统的混沌特性进行了分析.分析发现,出现混沌概率高的原因是这3个函数的截面都是中间凸起或中间凹陷的曲面,在这样的截面条件下系统容易出现混沌.这普遍适用于三维函数,利用这些三维离散动力系统绘制出的大量吸引子图形具有使用价值和研究价值.     

N维势箱函数量子特性的可视化研究

运用量子理论推导和数值计算相结合的方法,本文首先得到了一维势箱函数的示意图及其模型.接着,全面、系统地研究了量子理论中N维势箱函数的波函数、能级和概率密度.最后,运用MATLAB软件对势箱函数的所有特性进行了仿真模拟.我们发现:N维势箱中粒子的能量是量子化的、不连续;量子数n不能为零,且n越大对应的能级越高,而质量m越大,对应的能级越低.一般条件下,一维势箱长度a越大(粒子运动范围越大),对应的能级越低;节点数为n-1,节点越多,波长越短,频率越高,能级越高.二维势箱函数波函数的峰值个数为n x 0x0E?SymboltB@0x0Fn y,且与Ψ=0平面的交线数也为n x 0x0E?SymboltB@0x0Fn y;概率密度分布的极大值个数也为n x 0x0E?SymboltB@0x0Fn y.对于简并度,一般情况下,二维势箱模型下的粒子的简并度是不确定的;但对于二维正方势箱函数模型,其箱内微观粒子的能级简并度分为特殊和一般两种情况.三维势箱函数的简并度为n x+n y+n z.最后,首次借助MATLAB软件的色彩实现了四维表现,得到了三维势箱函数的四维空间切片图.这种可视化的结果与理论结果完全一致,这对于抽象性概念的理解具有重要意义.     

应用于微电容超声换能器的信号处理电路设计*

针对微电容超声换能器的输出信号特征及检测要求,文中设计了换能器的微弱信号处理电路,包括基于跨阻的微弱电流信号检测和多重反馈带通滤波电路。通过搭建水下测试平台,对电路性能及功能进行实际测试,并进行水下测距实验。实验结果表明,该电路可对微电容超声换能器输出的400 k Hz信号进行检测放大与滤波;电路的线性度为0.18%,滤波电路中心频率为396 k Hz,带宽为55 k Hz。该电路可用于CMUT的接收信号处理并应用于超声测距及成像的前端信号处理。     

物理过程微机演示的基本方法(二)

(接上期)六、扫描-迭代法 在扫描-循迹法中,y是靠逐点试算,然后加以比较得出的.现在我们不采取逐点试算的操作,而是以y0为初值,用迭代操作求方程的近似根来定出y.这构成了一个新的生成系列点的方法──扫描-迭代法. 扫描操作为上节所述.在x轴方向直接有y轴方向如何用迭代操作定出y呢?从数学上讲,先将F(x,y)=0化为y=H(x,y)的形式,如果在待定的y附近总有H/y<1(注意,此处x为常参量)的话,那么用初值y=y0代入H求出y,再将此y值重新代入H再求出y,重复上述操作,如此迭代,最后y将收敛于F(x0+1,y)=0的根.迭代本身用赋值语句便可进行,收敛判据y—H(x…     

利用时变全通滤波器减小扩声系统中的梳状滤波失真

根据人耳对声音信号相位不敏感的原理，采用时变全通滤波器，随机化每个声源输入信号的相位，从而减小声源输出信号之间的相关性，进而减小由于相关产生干涉而带来的梳状滤波失真。数值计算和实验结果均表明用时变全通滤波器随机化声源输入信号的相位能够有效地减小扩声系统中的梳状滤波失真。     

体全息存储系统输入输出信号匹配关系研究

分析了体全息存储系统输入器件 (空间光调制器 )与输出器件 (电荷耦合器件 )空间相对位置对信号匹配效果的影响 ,总结了信号输入、输出器件调整机构灵敏度的验证方法。以此为基础 ,借助掩模板实现了 10 0 0× 10 0 0像素阵列输入输出的一对一匹配。研究了输入器件像素填充因子和输入图案组合对读出图像的影响 ,为实现低误码率大容量数据页存储提供理论和实验基础     

非线性系统可逆的多轨线方法

乌克兰科学院A．M．kovalev教授于1993年首次提出了针对一般非线性系统{x=f(t,x,u)；y=h(t,x,u),x(t0)=x0的多轨线求逆方法。本文将该方法引入仿射非线性系统，使不可逆系统在一定条件下成为可逆。并给出了具体的求逆步骤，举例说明。     

准旋-角动量标量算符本征值与费密子j-j耦合态的完全分类

用二次量子化和不可约张量方法,对j壳层引入对准旋-角动量为(1/2,j)阶不可约张量的产生-湮没算符b_(qm)~(1/27),由此耦合成准旋-角动量标量算符Y(x,k)=(bb)~(x,k)·(bb)~(x,k),并用其本征值对费密子j-j耦合态进行分类.计算表明:对j=9/2,11/2,13/2,当x十k≥3,Y(x,k)与准旋、角动量共同本征态能对耦合态完全分类.对多数(x,k)值,y(x,k)本身就能对耦合态完全分类.列出了对j=9/2耦合态完全分类的主要结果. 关键词：     

皮秒量级的快速率可重构光混沌逻辑运算

基于垂直腔表面发射激光器(VCSEL)自身的光反馈以及线性电光调制效应,设计了一种实现动态可重构的光混沌逻辑运算的技术方案.归一化注入电流被调制为逻辑输入,横向电场被调制为控制信号,逻辑输出通过对VCSEL输出的x偏振光光强的均值与阈值做差进行解调.通过转换控制信号与逻辑输入的逻辑运算关系,系统就能在基本的逻辑运算如N...     

流体力学的一个定理及在气象学上的应用(大气温度直降率的变化及对流顶同质点造成的条件)

一.基本关系的导出 设某量值s(k,y,z,t)在连续体中为x,y,z,t的函数,则其随质点运动的变化率可写成 ds/dt=s/t+u(s/x)+v(s/t)+w(s/z) (1)以上u,v,w,代表该质点在x,y,z三方向的分速;代表s数值在空间的陡度;其余符号与通常相同,将上式对x微分,得 (2)以连续方程 (3)中的u/x数值代入(2)式,此处ρ为连续的密度,In代表自然对数,则得     

光学信息处理讲座 第六讲 光学Mellin变换

以傅里叶光学为基础的相干光处理器,能够进行微分、积分、卷积和相关等多种模拟运算.这种运算的实现,是利用一个理想的薄的正透镜的前后焦平面互为傅里叶变换关系进行的.函数f(x,y)的傅里叶变换F(u,v)定义为用傅里叶透镜组成的相干光处理系统,主要通过正逆傅里叶变换和空间滤波来完成多种运算的.同电子计算机比较,它具有信息容量大,计算速度快两大优点.但是,这种光学处理系统只能解决那些空间平移不变的物理问题,也就是只能解决在数学上用这种卷积积分描述的问题.这是因为设叶G(u,叶,F(。,。)和0(。,。)分别是g(X,y),八X,叫和h(X,y)的傅…     

正规排列和反正规排列相互展开的计算

文章给出了产生算符和湮灭算例的正规排列与反正规排列相互展开的二个计算公式为（^a)^n(^a^ )^m=p/∑／k=0m!n!/(m-k)!(n-k)!k!(^a^ )^m-k(^a)^n-k和（^a^ )^n(^a)^m)=p/∑k=0(-1)^km!n!/(m-k)!(n-k)!k!(^a)^m-k(^a^ )^n-k，式中求和的上项p取m和n中较小的一个正整数。并用数学归纳法进行了证明，本文给出的这二次公式可广泛应用于各类激发态光场量子统计性质的研究。     

特殊洛仑兹变换的一种简单推导

本文介绍一种简便的推导特殊洛仑兹变换的方法以供初学者参考. 1.根据相对性原理和初始时刻(t=t‘=0)坐标系∑(x’、y’、z’)和∑(x,y,z原点(0’,0)重合可知,变换必须是线性齐次的. 2.如图示,因xoy面与x’o’y’面始终重合,故无论x、y.t、x’、y’、t’取何值,z=0,z’=0总是同时成立.、所以z’=αz其中α为常数.考虑到z与z之间相互交换是对等的.应有z=αz’则有α=±1,因z’轴与z轴指向相同,应取α=1,即得z=z’(1) 同理,考察zOx面与z’O’x’而始终重合,可得 y=y’(2) 3.因yoz面与y’o’z’面始终平行,在某一时刻t,∑’系的原点o’对∑系…     

太阳能跟踪系统的实验设计

实验系统由输入设备(光敏三极管等)、控制设备(单片机)和输出执行设备(舵机)构成。分布在180度方向范围内的多个光敏三极管接收不同角度的光线强度,转换为电信号。单片机将该电信号与输入的控制脉冲信号进行比对,产生纠正脉冲信号,并驱动电机反向或正向转动,使得太阳板时刻与光线垂直,提高了太阳板光电转换效率。     

如何划分菲涅耳衍射和夫琅和费衍射

在讨论光的衍射时,一般总是把它分为菲涅耳衍射和夫琅和费衍射、但如何划分?根据是什么?这问题看法很不统一.在一般经典的光学著作中都是以所取的近似程度来划分的,而目前在一些现代光学的书中却划分得比较简单,提出了近场衍射即菲涅耳衍射和远场衍射即夫琅和费衍射的概念. 关于光在平面屏幕上的衍射问题早在1882年就由基尔霍夫得出了菲涅耳-基尔霍夫衍射公式式中U(P)为光在P(x,y)处的复振幅分布.∑为衍射孔,r0表示点光源P0(x0,y0)到孔上P1(xl,y1)点的距离,r表示观察点P到P1处的距离n为衍射孔的外法线. 后来索末菲又于1896年,首次给出了…     

一类非线性方程的compacton解及其移动compacton解

研究一类非线性方程,即广义Camassa-Holm方程C(n):ut+kux+β1u\{xxt\}+β2u\{n+1\}x+β3uxun\{xx\}+β4uun\{xxx\}=0.通过四种拟设得到丰富的精确解，特别是当k≠0时得到了com pacton解,当k=0时得到了移动compacton解.最后利用线 性化的方法得到了其他形式的广义Camassa-Holm方程的compacton解. 关键词： 广义Camassa-Holm方程 compacton解 移动compacton解