基于双边拟合的高稳定性共焦拉曼光谱定焦方法

共焦拉曼光谱技术可实现定量、无损、无需标记的样品微区分子结构特征和物质组成信息成像,被广泛应用于生物医学、物理化学以及材料科学等领域.由于共焦拉曼系统采用点激发和点探测的探测机制,且拉曼散射光谱信号微弱,导致成像所需时间可长达数小时甚至数十小时;测量过程中系统极易受环境变化、空气扰动等因素影响产生漂移,造成...     

遥感相机自动检焦技术研究

将基于图像处理的自动检焦技术应用于线阵CCD推扫成像的空间遥感相机中。图像法检焦的关键在于对焦评价函数的选取。通常对焦评价函数是在摄影目标不变的情况下得出的,而推扫成像的线阵CCD相机在任意时刻所拍摄的景物都是不同的,这就给对焦评价函数的选取增加了难度。用功率谱的方法对任意景物在空间频域进行分析表明,功率谱对于自然景物具有一定的不变性。由此建立了基于功率谱的对焦评价函数,采用小波去噪与亮度归一化相结合的图像预处理技术有效地去除了图像噪声和亮度变化对对焦精度的影响。通过对功率谱评价函数进行加权处理,提高了对焦评价函数曲线的灵敏度。仿真实验表明了所构造的对焦评价函数是可行的。     

一种用于大型光学仪器的自动检焦装置

介绍了一种小型化的自动检焦装置，该装置用2块小口径五棱镜对径放置在镜筒前，用半导体激光器做光源，用CCD作为光电转换器件，通过测量两光斑在CCD上的移动量，从而计算出离焦量，采用相关法处理数据，实现了亚像素测量精度。实验结果表明检焦分辨率力≤10μm．     

五维自动调整差动共焦间隙测量方法

为精确、快速测量镜组内各透镜间的轴向间隙,提出一种基于五维自动调整的差动共焦间隙测量方法。该方法根据CCD探测器实时获取的光斑信号检测被测镜组光轴的平移偏差与倾斜偏差,依据偏差信息、通过五维自动调整技术实现镜组高精度调整,再利用差动共焦高精度层析定焦和镜组内部光线追迹实现轴向间隙高精度测量。分析和实验表明,本方法可以有效提高姿态调整效率3.4倍,透镜间隙重复测量精度可达到0.53μm。该方法为实现镜组间隙的快速高精度测量提供了有效途径,同时还为透镜的中心厚度、焦距、半径等多种参数快速高精度测量提供了有效方法。     

激光共焦球面元件姿态自动调整系统

为解决激光差动共焦元件参数测量系统中人工调整元件姿态效率低、重复性差的问题，研制了激光共焦球面元件姿态自动调整系统。基于共焦原理，建立了元件失调量与电动四维调整机构调整量关系的数学模型，并根据CCD探测器实时获取的光斑位置信号分析出被测件的姿态信息，结合闭环反馈控制算法实现姿态自动调整。利用电动四维调整机构搭建了自动调整实验装置，实验结果表明:研制的电动调整机构平移调整分辨力达到0.5 μm，倾斜调整分辨力达到8″；调整系统能够快速、稳定地将被测件姿态失调量调至误差范围内，有效提高调整重复性及效率，对激光差动共焦测量系统实现全自动球面元件参数检测格外重要。     

一种新颖的简易凸透镜自动测焦设计方法

提出一种凸透镜自动测焦的设计方法。该方法直接从凸透镜焦距定义出发,应用凸透镜汇聚平行光于焦点测量其焦距,平行光采用激光器→扩束-准直镜获得。巧妙运用光敏电阻阵列设计解决调"共轴"问题,恰当设计测量过程轻松给出焦距测试结果。设计集光机电技术于一体,各部分技能又都很基础,具有广泛的实用性,整体设计方案可拓性也很强,具有较高的教学价值。     

高准确度熊猫保偏光纤自动定轴技术

保偏光纤偏振轴的检测和对准是保偏光纤应用中的关键技术.为提高基于端面成像的偏振轴检测方法的检测精度,以熊猫型保偏光纤为研究对象,采用基于曲面拟合的亚像素边缘检测算法和椭圆拟合算法提高检测的准确度,采用多次测量取平均法提高检测的精确度;利用检测结果的正态分布特性,提出一种基于概率的偏振轴定轴方法.搭建了保偏光纤自动定轴系统并进行实验,准确性验证实验结果表明:亚像素边缘检测方法平均可以减小45%的偏差,而拟合椭圆相较拟合圆平均可以减小15%的偏差;精确性验证实验表明采用多次测量取平均的方法可以有效减少检测结果的离散程度;定轴实验的结果表明,基于概率的偏振轴定轴方法可以达到优于0.1°的定轴准确度.     

基于选择判据和贴近度的D-S证据融合方法

针对传统D-S证据理论难以融合高度冲突证据的问题,并考虑到证据正常时Dempster规则具有优越的聚焦性能,提出了一种基于选择判据和贴近度的证据融合方法。把贴近度概念引入到D-S证据合成中,通过证据的一致性度量来计算证据的权重,从而实现了冲突证据的加权融合。同时提出了证据修正的选择判据,将证据分成冲突与非冲突两类,对冲突的证据进行修正后再进行合成,而非冲突证据可直接进行合成。通过实例验证表明,所提出的方法不但保持了Dempster规则优越的信息聚焦性能,而且较好的解决了冲突证据的合成问题。     

基于X射线微焦CT的燃料颗粒空间距离自动测量方法

在某燃料元件产品中燃料颗粒随机弥散分布在非金属材料中,表征燃料颗粒的分布状况进而评估产品工艺质量具有重要意义。针对该问题,对三维空间内相邻燃料颗粒的间距测量进行了研究,使用X射线微焦计算机层析成像（CT）对该类产品进行了三维扫描成像,从而得到了三维CT图像。在三维CT图像的基础上,提出了一种结合改进型空间直觉模糊C均值聚类和三维区域生长的自动算法,用于分割图像中的燃料颗粒以得到每个燃料颗粒的空间结构。然后,通过计算质心获得燃料颗粒的中心坐标,进而自动计算出相邻燃料颗粒的空间距离。通过仿真实验验证了所提算法的可行性,通过标准球实验验证了测量误差,并通过实际燃料元件测试了相邻燃料颗粒间距的自动测量,表明了所提方法对燃料颗粒间距测量的有效性。     

一种基于模糊图像处理的透镜快速测焦方法

焦距的精确测量直接关系到光学仪器的正常使用和技术性能的充分发挥。基于光学离焦成像模型,结合模糊图像处理快速算法,提出了一种新的实用性强的快速自动测焦方法。根据光学成像原理提出模糊图像条件下测焦原理的数学模型,运用最小二乘法拟合圆的图像处理算法计算模糊图像中两弥散光斑间的距离,利用这个距离值计算出透镜焦距。实验证明该方法能够以较高的精度估计出弥散光斑间的距离值,从而实现精准且快速的自动测焦。该方法只需一幅模糊图像,相对于传统的测焦方法,减少了计算量,提高了速度和可靠性,降低了系统的复杂度。     

数字图像一阶矩的自动聚焦区域选择算法

聚焦区域选择是自动聚焦算法中的重要模块,直接影响评价函数曲线的尖锐性、准确性和稳定性。针对中心取窗和多点取窗等传统聚焦区域选择算法的局限性,提出了一种基于数字图像一阶矩的自动聚焦区域选择算法,它是通过图像灰度或边缘一阶矩定位聚焦区域的。传统聚焦区域选择是一种定点估计,实验证明一阶矩方式选择可以跟踪偏离中心的主体景物,是一种具有自适应性的前景位置估计算法,提高了聚焦精确度和速度。     

磁聚焦法测量电子荷质比实验中励磁电流测量方法的研究

根据电荷在电场、磁场中的运动特点,分析了磁聚焦法测量电子荷质比的原理;利用磁场叠加原理,从理论角度探讨了测量磁聚焦时励磁电流的方法,并对各种方法进行了比较;从实验角度对实验数据分析处理,指出了误差产生的主要原因之一,得出了测量磁聚焦时励磁电流值的新方法.     

低信噪比环境下的实时聚焦方法研究

低信噪比环境下,人们运用中值滤波与维纳滤波等作为图像预处理手段获得了一定的效果,但是图像预处理严重地影响了对焦速度。在低信噪比环境下所提出的避开图像预处理的最佳自动对焦方案为:首先,采用HSI分析法把RGB彩色图像转换为亮度信号;其次,利用能量梯度算子作为图像评价函数;最后,运用爬山算法控制策略进行自动对焦。结果表明,此方案的运算时间优势非常明显,对焦准确度最佳,可满足实时对焦系统的对焦速度与对焦准确度的要求。     

浅海低频垂直相控阵多模声场聚焦研究*

为了提高低频垂直相控阵声场聚焦的环境适应性,增强环境失配情况下的声场聚焦效果,提出一种多模声场聚焦方法。该方法利用环境失配对低阶模态影响相对较小的特点,只利用前3阶模态进行发射权系数的计算。仿真结果表明,多模声场具有较大的聚焦跨度,在环境失配情况下仍能在期望的聚焦位置实现良好的聚焦效果。进一步地,根据巴斯微扰理论计算分析了多模声场的混响特性。由于多模声场聚焦将能量集中到了掠射角较小的低阶模态中,因此比最优权系数聚焦具有更低的混响平均强度。多模聚焦对聚焦深度进行扫描可以实现目标的深度分辨,这在水下目标探测方面具有较高的应用前景。     

4pi聚焦系统中振幅和相位调制的径向偏振涡旋光束聚焦特性的研究

基于Richards-Wolf矢量衍射积分公式, 研究了径向偏振涡旋光束在振幅和相位调制下的4pi聚焦特性.振幅调制是通过振幅滤波实现, 即改变入射光束起始积分值达到调节,相位调制是通过添加相位延迟角δ 的液晶相位延迟器来改变入射光束的偏振态.模拟结果显示,随着振幅的减小, 4pi聚焦系统焦点附近的光轴上呈现出多光球结构; 而相位调制对焦点附近的光强分布产生拉伸作用, 即调节入射光束的拓扑核m和相位延迟器的延迟角δ,可以得到特殊的光强分布. 随着相位δ增大, m=0产生的多光球结构慢慢向光链结构转变,最终变成暗通道;而m=1产生的光链结构慢慢变成光球结构; m=2产生的暗通道变成光球和光链叠加的结构, 这种特殊聚焦光束在光学微操纵领域具有潜在的应用价值. 关键词： 物理光学 偏振 光链 4pi聚焦系统     

空间太阳望远镜在轨自动调焦的最小图像熵判据

由于复杂的发射状态和动态在轨空间环境以及高达0 1″的角分辨率,所以自动调焦技术已成为太阳空间望远镜在轨图像处理中的关键技术。在分析图像离焦时的状态特性的基础上,提出了一种新的更适用于空间相机的离焦判据———最小图像熵判据。最小图像熵合焦判据更适合于低对比度的天体目标。利用计算机仿真程序演示了给定目标经系统成像的过程,计算了不同离焦状态下的图像熵。这一技术将应用于2005年发射的太阳空间望远镜中。     

Generating and shifting a spherical focal spot in a 4Pi focusing system illuminated by azimuthally polarized beams

We aim to theoretically investigate the focusing property of a 4Pi configuration under the illumination of azimuthally polarized high-order Bessel–Gaussian beams. The radial component is produced in the focal region through the introduction of a spiral phase plate. The focal region differs from the zero radial intensity component of the azimuthally polarized beams without the spiral phase plate. The spherical focal spot is generated by selecting an appropriate annular obstruction. The position of the focal spot can be shifted.     

Sharply focusing a radially polarized laser beam using a gradient Mikaelian’s microlens

Focusing a radially polarized annular Gaussian beam with a gradient Mikaelian’s microlens is simulated using a radial version of the FDTD method (finite-difference time domain), in which Maxwell’s equations in the cylindrical coordinates are solved in the MATLAB 7.0 environment. We show that the focal spot size (the area with larger-than half-maximum intensity) can be made as small as 0.126λ², with focal spot diameter being 0.40λ.     

Radar sensor network for target detection using Chernoff information and relative entropy

In this paper, we propose to apply information theory to Ultra wide band (UWB) radar sensor network (RSN) to detect target in foliage environment. Information theoretic algorithms such as Maximum entropy method (MEM) and mutual information are proven methods, that can be applied to data collected by various sensors. However, the complexity of the environment poses uncertainty in fusion center. Chernoff information provides the best error exponent of detection in Bayesian environment. In this paper, we consider the target detection as binary hypothesis testing and use Chernoff information as sensor selection criterion, which significantly reduces the processing load. Another strong information theoretic algorithm, method of types, is applicable to our MEM based target detection algorithm as entropy is dependent on the empirical distribution only. Method of types analyzes the probability of a sequence based on empirical distribution. Based on this, we can find the bound on probability of detection. We also propose to use Relative entropy based processing in the fusion center based on method of types and Chernoff Stein Lemma. We study the required quantization level and number of nodes in gaining the best error exponent. The performance of the algorithms were evaluated, based on real world data.     

Cross focusing of two coaxial cosh-Gaussian laser beams in a parabolic medium

In this paper authors have presented the cross focusing of two coaxial cosh-Gaussian laser beams of different frequencies in a parabolic medium. Starting from the expression for field distribution of cosh-Gaussian beams, differential equations for beam-width parameters of two beams have been established through parabolic wave equation approach and analytical solution for weak beam has been obtained. The effect of decentred parameter of strong beam on the behavior of beam-width parameter with the normalized distance of propagation for weak beam has been specifically considered. The results have been presented graphically and discussed.