空间插值在功率谱密度计算中的应用

为了提高光学元件波前中频PSD计算的精度和有效频谱宽度,提出了填补波前无效数据的双线性插值法和抑制欠采样噪声的六采样点插值法。模拟计算和实验结果表明:双线性插值法有效地保证了填充数据与真实数据的一致性,抑制了零填充方法引入的虚假中高频信息,使得填补后的PSD与原始PSD较好地吻合;六采样点插值法有效地分离了信号和欠采样噪声,使得有效PSD频谱上限从1/2 Nyquist频率提高到Nyquist频率。     

基于高斯曲率优化和非下采样剪切波变换的高密度混合噪声去除算法

为提高矿井混合噪声图像的可观测性,提出了基于高斯曲率优化和非下采样剪切波变换的高密度混合噪声去除算法.使用局部高斯曲率优化混合噪声图像,抑制椒盐噪声对噪声分布的影响,使混合噪声分布近似为高斯噪声分布.使用非下采样剪切波变换分解高斯曲率优化图像,实施自适应硬阈值收缩降噪,去除混合噪声中的高斯噪声成分.最后,迭代使用局部高斯曲率优化和非下采样剪切波变换降噪去除残余噪声,直至输出图像梯度能量满足停止条件.实验表明,本文算法能够有效地去除高斯噪声和椒盐噪声构成的高密度混合噪声,且有效抑制了剪切波变换降噪引起的伪吉布斯现象,有效地降低了矿井图像的噪声.     

基于互信息的干涉成像采样系统性能分析

为了优化干涉采样成像系统的设计,采用端到端的互信息量评价系统的性能.建立了基于互信息的干涉采样成像系统数学模型.利用该模型得到了互信息量最大时光学成像系统和CCD的匹配条件:相干成像光学系统的截止频率等于CCD的Nyquist频率.分析了物体频谱分布、噪声、光源相干性和光学成像系统像差对互信息量的影响.结果表明,它们不影响光学成像系统和CCD的匹配条件.     

数字全息图的非同步采样对再现像的影响

基于香农采样定理和傅里叶频谱分析,通过模拟数字全息光栅的实验,对非同步采样数字全息图的一些基本问题进行了分析。模拟实验结果表明：全息图透射率函数中的低频调制现象随非同步采样光栅空间频率的增大而变得更明显;全息图再现过程中的频谱泄漏使再现波前发生高频起伏,其影响大小取决于非同步采样的偏离程度,与光栅本身的空间频率无关。另由数值模拟实验表明,频谱泄漏对再现波前的影响可通过数字全息图加窗切趾方法来抑制,以提高再现像质量。     

亚像素采样对LED显示质量的提升

清晰显示高分辨率画面是LED显示屏图像质量提升领域中亟待解决的关键问题之一.针对LED显示屏分辨率低、成本高、像素排布灵活的特点,研究了亚像素采样技术在LED显示屏中的应用.从信号处理的角度,在RGB颜色空间中对LED显示屏建立了全像素采样和亚像素采样数学模型,在亮度与色度相分离的空间中对两种采样方式进行了频谱分析,证明了应用亚像素采样技术可以将显示系统的亮度混叠转移到了人眼较不敏感的颜色通道上,有效扩展了LED显示系统在各方向上的Nyquist频率限制.物理屏体上的仿真实验表明亚像素采样对LED显示屏的图像显示质量具有改善作用.     

基于拉普拉斯塔型变换的Contourlet变换频谱混叠特性分析

针对Contourlet变换存在频谱混叠的问题,立足于拉普拉斯(Laplace)塔型变换的分析研究,指出了Contourlet变换频谱混叠的根本原因在于Laplace塔型变换中两个低通滤波器不满足Nyquist抽样定律,致使阻带截全频率大于π/2,导致Contourlet变换的频谱混叠.基此.设计了满足Nyquist抽样定律的低通滤波器,提出了一种新型的Contourlet变换,即抗混叠Contourlet变换.抗混叠Contourlet变换有效地抑制了频谱混叠,基函数的空频局域件均明显优于Contourlet.通过对Barbara图像的硬阈值去噪实验研究结果表明,抗混叠Contourlet变换去噪在峰值信噪比(PSNR)上高出Contou[et变换2.3 dB(噪声均方差为30),去噪效果好,同时还有效抑制了Contoulet变换去噪后的"划痕"现象,图像的视觉效果更佳.     

非均匀采样干涉数据光谱反演技术研究

干涉光谱成像仪获取的干涉数据是一种中间数据,需要进行光谱反演才能够得到目标光谱数据,傅里叶变换方法是常规的光谱反演方法。由于干涉数据中存在非均匀采样问题,若忽略光谱混叠,直接采用快速傅里叶变换会导致反演光谱的失真,难以满足实时处理需求。针对非均匀采样干涉数据的光谱反演需求,将插值及非均匀快速傅里叶变换(NUFFT)方法应用到光谱反演处理中,对过采样及部分欠采样情况下的非均匀采样干涉数据,提出了相应的光谱反演方法,并分析了方法的适用性。最后对过采样及部分欠采样情况下的光谱反演方法进行计算机仿真,过采样情况下采用NUFFT方法反演光谱的精度要明显高于插值方法,而部分欠采样情况下插值方法反演光谱的精度要明显高于NUFFT方法,并对欠采样造成的光谱混叠有一定的修正,验证了方法的有效性。     

二元伪随机光栅与台阶校准检测系统传递函数的影响分析

采用高质量的标准位相结构是实现光学干涉检测系统的系统传递函数精确校准及保证光学元件波前/表面中高频段信息准确检测的前提。通过对二元伪随机光栅结构和台阶位相结构两类典型表面进行模拟,分析了空间周期误差及跃变边缘陡度等制造误差对于检测系统传递函数校准的影响,并分析了检测系统CCD对二元伪随机光栅欠采样和过采样时功率谱密度(PSD)的变化。结果表明:存在同等制造误差时,二元伪随机光栅结构比台阶位相结构对检测系统传递函数中高频能够实现更高精度的校准;当对二元伪随机光栅存在欠采样或过采样时,均会造成PSD随频率的下降,可通过对理想二元伪随机光栅的高度分布进行相应的采样修正消除因采样对传递函数校准的影响。     

CCD非线性效应对剪切干涉法波前检测的影响

利用径向剪切干涉法检测高功率激光波前时,由于探测器CCD非线性效应,在频谱中引入了除基频外的二级、三级等高次频谱分量,增加了频谱混叠的可能,使得对有用信息提取困难,降低了波前检测精度。从理论上分析了CCD非线性效应产生高次频谱分量和导致频谱混叠的原因,给出非线性条件下避免频谱混叠的条件,提出了通过提高空间载频的方法来减小或消除CCD非线性效应导致的频谱混叠。计算机模拟和实验结果表明,该方法能够有效抑制频谱混叠并显著提高波前检测精度。     

电介质的热噪声

电阻的热噪声超源于在一定温度下的导体中所存在的电涨落现象.Johnson首先观察到这一现象并对电解液和金属电阻作了精确的实验测量[1],Nyquist首先推导出与实验值符合得很好的热噪声公式:[2]上式亦称Nyquist公式或Johnson公式.其中in为电阻R中流过的热噪声电流频谱密度,en为电阻R两端呈现的热噪声电压频谱密度,k为Boltzmann常数,T为电阻R所处温度. Nyquist公式是很据实验结果假设电阻和噪声均不随频率而变(即所谓“白噪声”)的条件下得出的.电介质的电阻(阻抗实部)均随频率而变.显然,Nyquist公式是否适用,有待于作严格的论证.本文给出…     

波前功率谱密度(PSD)测量滤波器的设计

在采用波前功率谱密度评价大口径光学元件时,由于测得的原始数据受到测量系统引入的各种噪音和外界干扰的作用,会使检测准确度下降.对比引入带通滤波技术,对原始数据的有效滤波,减小带外的噪音分量和频谱混叠现象的影响.分别设计了无限脉冲响应带通滤波器和有限脉冲响应带通滤波器,通过模拟分析比较了两者的性能,得出在波前波前功率谱密度用于评价大口径光学元件的面形质量时,采用有限脉冲响应滤波器可以得到更高的测量准确度.     

目标图像结构和噪声对相关哈特曼-夏克波前传感精度的影响

以空间频谱描述图像结构,以图像灰度起伏的方均根值与噪声方均根值之比表示信噪比,系统分析了目标图像结构和噪声对相关哈特曼-夏克波前传感精度的影响。理论分析表明,两个子图像的相关函数峰值位置的亚像元插值误差等于其各离散频率成分的相关函数峰值位置插值误差的加权平均;相同功率下,低频成分的加权系数较小,高频成分的加权系数与亚像元偏移量有关。一维窄带图像的统计仿真表明,无噪声时,低频成分和接近奈奎斯特频率成分的误差较大,中频成分的误差较小;有噪声时,噪声对高频成分的影响低于低频成分。对典型频谱的32×32图像仿真表明,图像起伏信噪比为2∶1时,子图像平移量计算误差约0.03~0.11像元,与无噪声时相比增加不大。     

双强度调制偏振光谱测量原理及仿真

针对单强度调制偏振光谱测量技术存在混叠且有效光程差有限的缺点,提出双强度调制偏振光谱测量新方法,该方法通过双强度调制干涉信号的和差处理,即保证单强度调制偏振光谱测量的优点,又能有效消除混叠现象,提高有效光程差和光谱分辨率,再对和差处理后的干涉信号进行傅里叶变换即可得到被测偏振光谱。文章对双强度调制偏振光谱测量方法进行了理论推导,并通过MATLAB对模拟入射光偏振光谱的干涉信号和傅里叶反演光谱进行仿真;仿真结果显示,该方法和差处理后可有效消除混叠且有效光程差提高一倍。通过理论分析和仿真验证了该方法的可行性,为进一步的工程实现提供理论支撑。     

光学低通滤波器的光学传递函数分析

光电成像系统的抽样过程会引起图像频谱在频谱空间上的多次复制,如果抽样过程不满足系统的奈奎斯特条件,相邻的频谱项就会产生混叠.光学传递函数可以反映系统中光学成像,抽样和重建等各个过程对图像信号频谱的响应.通过对使用光学低通滤波器(OLPF)光电成像系统的光学传递函数的分析,表明光学低通滤波器可以有效地限制图像的频谱宽度,使抽样满足奈奎斯特条件,达到消除频谱混叠,改善重建图像质量的目的.     

改进的插值法用于IIM影像条带噪声去除

摘 要：针对嫦娥一号(CE-1)干涉成像光谱仪(IIM)影像中的条带噪声,应用常用的频域滤波方法和线性插值法进行了IIM条带去除试验,并提出结合了三阶插值的改进线性插值方法。对噪声点定位后,根据图像中噪声点上下行相应点的数值差别是否超过预设阈值,确定是采用线性插值还是三阶插值算法,修正噪声点像素值。实验结果的均值和标准偏差以及图像质量因子(IQ因子)的比较表明：改进的方法IQ值达到13.9081,而线性插值算法为9.8428,改进的线性插值方法在去除IIM影像条带噪声方面明显优于线性插值方法。     

Spectrum reconstruction based on the constrained optimal linear inverse methods

The dispersion effect of birefringent material results in spectrally varying Nyquist frequency for the Fourier transform spectrometer based on birefringent prism. Correct spectral information cannot be retrieved from the observed interferogram if the dispersion effect is not appropriately compensated. Some methods, such as nonuniform fast Fourier transforms and compensation method, were proposed to reconstruct the spectrum. In this Letter, an alternative constrained spectrum reconstruction method is suggested for the stationary polarization interference imaging spectrometer (SPIIS) based on the Savart polariscope. In the theoretical model of the interferogram, the noise and the total measurement error are included, and the spectrum reconstruction is performed by using the constrained optimal linear inverse methods. From numerical simulation, it is found that the proposed method is much more effective and robust than the nonconstrained spectrum reconstruction method proposed by Jian, and provides a useful spectrum reconstruction approach for the SPIIS.     

窄带高光谱干涉成像的压缩采样复原方法

利用干涉成像光谱仪对目标进行窄带高光谱成像探测具有高光通量、高光谱分辨率和高目标分辨率等优点。按照尼奎斯特定理对窄带光谱干涉信息进行采样存在较大的数据冗余,增加了后期傅里叶变换的数据处理量,影响光谱的复原效率。在分析窄带光谱傅里叶变换特性的基础上,提出了基于滤光片光谱透射率函数的窄带光谱压缩采样方法。引入滤光片参数和混叠参数,可以复原不同精度的窄带光谱信息。配以符合要求的多带通窄带滤光片,可对目标进行压缩采样获取多个谱段的窄带光谱信息,从而避免了逐个谱段探测,提高了探测效率。对该方法进行了仿真分析和实验验证,得到了与目标光谱相吻合的复原窄带光谱。     

Microwave noise of a thin-film YBa2Cu3O7−x bridge in the resistive state

The effective input noise temperature T _e of a bridge made from a highly oriented YBaCuO film is measured at a frequency of 4.6 GHz. The bridge is brought to a weakly resistive state by a dc current, by microwave radiation at a frequency of 9.4 GHz, or by a combination of the two. Along with the noise temperature, the current-voltage characteristics and impedance of the bridge are also measured at a frequency of 4.6 GHz. At T=78 K the value of T _e does not exceed 120 K. Analysis of the results allows one to compare the experimental values of T _e with the values determined by the equilibrium Nyquist noise of overheated normal domains and indicates the presence of excess noise at a level comparable to the Nyquist noise. Zh. Tekh. Fiz. 67, 89–93 (February 1997)     

Structural health monitoring by extraction of coherent guided waves from diffuse fields

This letter points out that, although in the audio signal domain low-pass filtering has been used to prevent aliasing noise from entering the baseband of speech signals, an antialias process in the speech feature domain is still needed to prevent high modulation frequency components from entering the baseband of speech features. The existence of aliasing noise in speech features is revealed via spectral analysis of speech feature streams. A method for suppressing such aliasing noise is proposed. Experiments on large vocabulary speech recognition show that antialias processing of speech features can improve speech recognition, especially for noisy speech.     

The improvement of Nyquist pulse shaping for all-optical OFDM system in multi-users network

The all-optical orthogonal frequency division multiplexing has a better spectral efficiency and a lower response requirement of modulators for high capacity transmission. In the system, the optical filter will degrade the performance of subcarriers which are far away from the center carrier. We proposed an improvement method of all-optical OFDM scheme using Nyquist pulse shape in the pulse source generator. Comparing a Nyquist shape pulse with a Gauss pulse in a 4 × 100 Gb/s DP-QPSK all-optical sampling OFDM system, the side lobe of transmitted spectrum can be effective suppressed, and the optical power will be more focused on the effective frequency band. By coherent receiver, the results show that the Nyquist pulse shaping can improve the OSNR and transmission performance of subcarriers which deviate mostly from the center frequency of optical filter. This improvement is of great benefit for multi-users system.