A Flash-ADC data acquisition system developed for a drift chamber array and a digital filter algorithm for signal processing

A Flash-ADC data acquisition (DAQ) system has been developed for the drift chamber array designed for the External-Target-Experiment at the Cooling Storage Ring at the Heavy Ion Research Facility, Lanzhou. The simplified readout electronics system has been developed using the Flash-ADC modules and the whole waveform in the sampling window is obtained, with which the time and energy information can be deduced with an offline processing. A digital filter algorithm has been developed to discriminate the noise and the useful signal. With the digital filtering process, the signal to noise ratio (SNR) is increased and a better time and energy resolution can be obtained.     

HIRFL-CSR实验环团簇内靶的首批测试实验

内靶装置是兰州重离子冷却储存环(HIRFL-CSR)实验环的一个重要的插入件,也是世界上第一个嵌入在重离子储存环中的内靶装置,它位于HIRFL-CSR实验环的一个直线段.团簇内靶具有传统外靶所不具备的一些优点,如高亮度、高精度和高灵敏度等.这些优点可使我们在内靶实验平台上进行一些高精度的物理实验.为满足不同物理实验的需求,内靶可以有两种工作模式:非极化靶运行模式和极化靶运行模式,用于为实验环内的物理实验提供厚度为1011~1013atoms/cm2的非极化靶和极化靶.团簇靶是属于非极化靶运行模式,它采用超声喷气和冷凝相结合的方法获得团簇粒子束,并在碰撞靶室中与环内束流相碰撞,未反应的团簇束被收集级抽走.团簇内靶可以提供靶密度约为2×1013atoms/cm2的Ne、Ar、Kr、Xe和N2、CH4等团簇束.目前已完成了团簇靶的现场安装和准直,并进行了真空达标、喷嘴冷却和稳定性等首批测试实验.本文主要介绍团簇靶的工作原理和首批测试实验结果.     

联合多站阵元域数据的水下目标检测与跟踪

为了提高复杂海洋环境中目标的检测、跟踪性能,提出一种联合多站阵元域数据的水下目标检测与跟踪方法.该方法采用序列马尔科夫链蒙特卡洛思想对目标进行采样更新,通过对接收概率中的后验概率以及采样函数进行分解展开,并根据多站阵元域数据计算采样粒子的联合似然,在迭代过程中实现目标数目和目标状态的联合估计.研究结果表明,该方法对单目标的平均定位误差在较高信噪比下能够稳定在50 m以内,对多目标随机出入场景中新生及消失目标实现有效检测,同时对强干扰下弱目标及交叉目标实现有效检测跟踪。仿真结果和海试数据均验证该方法具有良好的目标检测与跟踪性能。     

目标跟踪技术综述

本文回顾了视频目标跟踪方法中常用的目标表示方法,并对目标表示方法进行了系统地分类,对现有的目标跟踪方法进行了分类,并对每类中具有代表性的方法进行了详细描述,分析各类别的优缺点。讨论了目标跟踪的难点以及未来的发展趋势,为相关研究人员了解目标跟踪技术提供参考。     

目标跟踪中目标模型更新问题的半监督学习算法研究

本文针对长期稳定的目标跟踪中的目标形变、尺度缩放、旋转等问题, 提出一种步步为营的反馈式学习方法, 该方法通过正、负约束实现对于目标模型和分类器的判别能力和容错能力提高的同时, 使更新带来的误差尽量小, 并证明了其收敛性. 通过实验表明, 对于同一种跟踪算法使用本文提出的目标更新方法进行更新学习的比不更新学习的跟踪效果要稳定得多, 对于目标的尺度变化、形变、旋转、视角变化、模糊等都有较好的适应性, 并通过与现有的较流行的方法进行比较, 本文方法鲁棒性较好, 有很高的研究和应用价值.     

Studies of timing properties for a TOF counter at an external target facility

Timing and amplitude properties of a prototype scintillator TOF counter at an external target facility are studied with a cosmic rays test. The dependence of signal pulse height and time resolution on the coordinate along the scintillator TOF counter is investigated with two different discriminators. A time resolution of 165 ps can be achieved at the center of the counter with a constant fraction discriminator. Time resolution better than 150 ps is obtained at the center with a leading edge discriminator after time walk correction is applied for off-line analysis.     

基于自适应尺度的TLD目标跟踪算法

为提升TLD目标跟踪算法的每帧处理速度,以达到在更高分辨率视频中跟踪目标的实时性要求,在TLD算法框架的基础上,提出了一种基于自适应尺度检测学习的目标跟踪算法(AS-TLD)。当跟踪目标成功时,选取当前帧跟踪到的目标尺度及几个相邻的尺度作为下帧检测目标时滑动窗口尺度的选取范围;而当跟踪失败时,则选取在TLD算法初始化阶段,根据跟踪目标及视频图像大小选定的尺度来保障长时间跟踪目标,从而有效减少了平均每帧扫描的窗口数量。实验结果表明,该方法不仅有效地降低了检测模块的检测时间,显著提高了整体算法速度,而且通过动态选取尺度,在一定程度使得TLD各个模块更加协调,跟踪精确度得到提升。     

基于颜色传递的双波段目标跟踪算法研究

针对复杂背景下Camshift算法容易丢失目标的情况,提出一种基于YCBCR空间将红外与可见光融合图像与彩色参考图像进行颜色传递后,采用Camshift进行目标跟踪的算法。该算法在颜色传递时充分利用双波段图像信息,得到的目标对比度高并且颜色空间较其周围背景突出,增强了目标的颜色概率图,提高了Camshift算法效率。实验表明,通过对可见光图像、经颜色传递后的红外图像以及传统颜色传递方法得到的图像采用相同跟踪算法进行定性分析,在该算法得到的图像中,跟踪窗口中心相对于目标质心仅有3个像素的误差,跟踪精度远远优于对比实验图像的跟踪结果,并且算法的跟踪时间为每帧20.6 ms,达到了实时性的要求。     

基于卷积特征选择的红外目标跟踪

对红外图像中的目标跟踪时,复杂的背景信息以及目标像素数较少等因素增加了红外目标跟踪难度,目标区域的图像块缺乏特征信息使得普通跟踪算法较易产生跟踪偏移问题。为解决此问题,提出了一种基于粒子滤波框架下的卷积特征选择的红外目标跟踪算法。首先,在初始目标块上提取少量图像块作为滤波器,进而获得表征能力更强的卷积特征。然后,采用在线提升算法对该特征进行选择,增加跟踪算法的精度和执行效率。最后,将贝叶斯分类器的响应作为粒子权值估计出目标状态。实验结果验证了所提算法的跟踪性能优于其他几种传统算法。     

Studies of timing properties for a TOF counter at an external target facility

Timing and amplitude properties of a prototype scintillator TOF counter at an external target facility are studied with a cosmic rays test. The dependence of signal pulse height and time resolution on the coordinate along the scintillator TOF counter is investigated with two different discriminators. A time resolution of 165 ps can be achieved at the center of the counter with a constant fraction discriminator. Time resolution better than 150 ps is obtained at the center with a leading edge discriminator after time wall（ correction is applied for off-line analysis.     

基于组合线阵的近程运动小目标被动定位跟踪

针对水下运动小目标被动探测与定位问题,提出了分段组合子阵联合处理探测方法,各探测子阵采用相互垂直结构布局,克服了单阵方位模糊及无法定位等问题。研究了分段组合子阵的宽带最小方差无畸变失真响应近场聚焦目标定位方法,实现了近程蛙人等水下小目标被动高精度定位。在此基础上,采用卡尔曼滤波算法对目标运动轨迹进行预测估计,将目标定位信息与跟踪轨迹信息进行匹配,实现高背景噪音下的运动小目标的跟踪处理。理论分析及仿真结果表明,分段子阵联合处理能有效对水下运动小目标进行定位和跟踪,海试试验进一步验证了该方法的有效性。     

太阳全方位自动跟踪实验平台的设计

设计了简单的太阳全方位自动跟踪实验平台,并对其实用性进行了模拟试验,证明了该系统的可行性.     

基于多特征融合的微弱红外运动目标跟踪方法

利用红外跟踪测量系统能够同时获取目标运动信息（包括方位角、俯仰角以及角速度）、目标信号幅度及其成像面积等,提出了一种基于多特征融合的弱红外运动目标跟踪方法。分析了红外成像系统中目标信号特点,得到目标的运动、幅度和面积具有一致性和连续性,符合高斯分布;采用概率数据关联滤波推导量测各特征的关联概率,并根据特征的波动状况确定多特征融合的加权系数,估计和更新目标运动状态。理论分析和实验结果表明:该方法的跟踪精度和稳定性都明显高于仅依靠运动特征关联和依靠运动特征和幅度特征关联的跟踪方法。     

光电跟踪目标的强跟踪滤波算法及其仿真研究

针对光电武器对机动目标跟踪精度较差的问题,在"当前"统计模型的基础上,形成了机动目标"当前"统计模型下强跟踪滤波算法。该算法通过引入强跟踪滤波器的渐消因子,实时调节滤波器增益,增强了系统对突发机动目标的跟踪能力,同时保留了"当前"统计模型跟踪算法对一般机动目标跟踪精度高的特点。仿真结果表明,该算法对机动目标具有较好的跟踪精度和适中的计算复杂度,是一种较好的光电跟踪算法。     

基于优化辅助粒子算法的红外目标跟踪研究

针对粒子算法存在的问题,提出了辅助粒子算法.该算法在重采样算法基础上,引进辅助变量,对粒子的权2次计算,可使粒子权值比重采样的粒子权值变化更稳定,最后给出了红外目标模型和均方根误差函数.仿真结果表明该算法对运动目标跟踪的均值和方差上均优于标准粒子滤波、重采样粒子滤波,且提高了计算效率.     

基于FPGA的运动目标实时检测跟踪算法及其实现技术

运动目标检测跟踪有关的算法及其基于PC平台的实现已经比较成熟,但实时性较差。将采集的彩色视频流分成灰度和彩色两个数据流,灰度视频用于目标检测,彩色视频流用于跟踪显示。以经典的帧间差分法和背景差分法为基础,根据现场可编程门阵列(FPGA)的特点及片外同步动态存储器的存取控制要求,对这两个算法用FPGA逻辑单元进行了设计和实现。对原始彩色视频流和转换后的灰度视频流的存取使用乒乓操作,在滤波和形态学处理时使用了并行的流水线操作,极大地提高了算法的实时处理能力。在FPGA开发板上构建了一个彩色视频图像中运动目标检测跟踪系统,对系统性能进行了测试。实验结果表明,系统可在多种分辨率和帧率下进行运动目标进行实时检测跟踪;固定背景差分法对目标运动速度无限制,但当使用帧差法对快速运动目标进行有效的检测时,应使目标的帧差间距大于3.2像素。     

一种用于跟踪精度检测的动态目标模拟器设计北大核心CSCD

光电搜索跟踪系统是战场态势感知、信息获取、目标捕获、跟踪定位等武器装备的核心光电设备,其跟踪精度是表示光电搜索跟踪系统作战能力的关键参数。针对该参数的需求,提出了一种基于OLED发光的平行光管阵列式目标模拟器设计方案,其动态目标模拟角速度范围为1°/s~100°/s,角度定位精度为0.8″。对动态目标模拟器的角速度模拟进行了分析,得出角速度模拟的相对扩展不确定度可达0.6%~0.8%。     

基于多特征融合的微弱红外运动目标跟踪方法

利用红外跟踪测量系统能够同时获取目标运动信息(包括方位角、俯仰角以及角速度)、目标信号幅度及其成像面积等.提出了一种基于多特征融合的弱红外运动目标跟踪方法.分析了红外成像系统中目标信号特点,得到目标的运动、幅度和面积具有一致性和连续性,符合高斯分布;采用概率数据关联滤波推导量测各特征的关联概率,并根据特征的波动状况确定...     

基于辅助粒子滤波算法的红外目标跟踪

针对红外目标在跟踪中计算复杂的问题,构建辅助粒子滤波算法。利用贝叶斯重要性采样算法,在权值大的粒子基础上引入辅助粒子变量,然后重新定义重要采样分布函数,防止重采样后粒子概率密度变化。两次加权计算,使粒子权值比仅用重采样的粒子权值变化更稳定,采样点最接近真实状态;同时不同权值粒子的概率阈值可作为粒子滤波是否完成的判断准则。在二维平面构造红外运动目标模型中,系统为零均值高斯白噪声。仿真数据表明:该算法在x,y方向的均方误差、画面处理时间、RM SE性能上优于粒子滤波算法和重采样粒子滤波算法。     

粒子区别性稀疏表征的小弱运动目标跟踪算法

评估每个粒子的重要性是确保粒子滤波法跟踪目标准确性的重要因素。针对背景杂波和噪声干扰形成的大量虚警导致小弱目标跟踪识别的随机性和不确定性问题, 提出了一种基于粒子区别性稀疏表征的小弱目标跟踪方法。该方法根据红外图像信号自适应构建分类超完备字典, 即反映目标信号特征的目标字典和表示背景杂波的背景字典, 有利于突出目标粒子和背景粒子在联合分类字典的稀疏表征差异程度;建立基于目标粒子和背景粒子稀疏重构残差差异性的粒子滤波观测模型, 采用随机估计法对字典子空间进行在线更新, 实现对目标状态估计与跟踪。理论分析和试验结果表明, 该方法增强了随机粒子的状态估计能力, 提升了粒子稀疏表征对小弱运动目标的适应能力和跟踪识别准确度。