基于FICP算法提高对低频噪声时延的估计精度

针对非平稳随机噪声（直升机飞行声音，导弹喷流噪声）信号，研究了提高时延估计计算精度的方法，通过计算信号的细化频谱，并避免了标准FFT计算带来的栅栏效应，从而使得对于超短取样信号的频谱计算精度与信号长度无关，采用快速计算方法FICP由N点互谱计算2N点相关波形，提高了相关波形的分辨率，使得时延估计精度得以提高。对实测直升机飞行噪声和导弹噪声计算了不同取样长度和不同采样率下的时延估计，得出了谱分辨率越高，时延估计精度越高的结论。     

荧光寿命数据的相量分析及其应用

荧光寿命显微成像技术(fluorescence lifetime imaging microscopy, FLIM)具有特异性强、灵敏度高、可定量测量等优点,被广泛应用于生物医学、材料学等领域的研究.为使FLIM技术更好地适用于高通量数据的快速分析,近年来涌现出多种荧光寿命分析的新算法.其中,相量分析法(phasor analysis, PA)通过将时间域的拟合转化为频率域的直接计算来获得荧光寿命值,与传统的最小二乘拟合法相比,不仅更加简便快速,适用于低光子数情形,而且便于使数据内容可视化和对数据进行聚类分析,因此越来越受到科研人员的青睐.本文详细阐述了相量分析法的基本原理及运用方法,并在此基础上介绍了该方法在细胞代谢状态测量、蛋白质相互作用研究、细胞微环境测量,以及辅助病理诊断和提高超分辨成像分辨率等方面的应用,着重讨论了PA法在这些FLIM应用实例中的优势所在,为相关领域的研究提供有益的参考.最后,对荧光寿命数据的相量分析及其应用的发展方向进行展望.     

光参量荧光寿命分布

 根据荧光寿命定义和放大过程获得的增益方程,研究了新型非线性晶体BaAlBO₃F₂中三种不同的相位匹配模式下中心波长532 nm泵浦的参量荧光光子寿命的分布特性。结果表明,当注入单色信号光时,参量荧光寿命随泵浦光相位匹配角的增加由椭圆体分布变化为圆环体分布。采用宽带信号光时,则由分散分布改变为集中在近200 nm波长范围内分布,并随泵浦光相位匹配角的增加而逐步减小。考虑宽带泵浦光注入情况时,参量荧光寿命的分布范围由于相位匹配范围增加而随之扩展。     

光参量荧光寿命分布

根据荧光寿命定义和放大过程获得的增益方程,研究了新型非线性晶体BaAlBO3F2中三种不同的相位匹配模式下中心波长532 nm泵浦的参量荧光光子寿命的分布特性。结果表明,当注入单色信号光时,参量荧光寿命随泵浦光相位匹配角的增加由椭圆体分布变化为圆环体分布。采用宽带信号光时,则由分散分布改变为集中在近200 nm波长范围内分布,并随泵浦光相位匹配角的增加而逐步减小。考虑宽带泵浦光注入情况时,参量荧光寿命的分布范围由于相位匹配范围增加而随之扩展。     

荧光偏振法测定荧光素的荧光寿命的研究

用荧光偏振法测定荧光素的荧光寿命的灵敏度和准确度较高。在荧光素钠荧光强度最强时－激发波长４９０ｎｍ，发射波长５１５ｎｍ、ｐＨ值８．５、溶液浓度１．６×１０＾－５ｍｏｌ／Ｌ，测定荧光素钠溶液的荧光偏振度，测定不同温度时荧光素钠溶液的粘度，再根据Ｐｅｒｒｉｎ公式，求出荧光素钠的荧光寿命。用荧光偏振法测得荧光素钠荧光寿命为３．４ｎｓ、ｐ＜０．０２，与文献值符合良好，结果令人满意。     

基于激光诱导叶绿素荧光寿命成像技术的植物荧光特性研究

针对植物荧光遥感探测中信号易受干扰的问题, 提出了一种用于评估植物生长状况及环境监测的荧光寿命成像技术. 采用凹透镜对355 nm波长的激光扩束, 再照射植物激发叶绿素荧光, 由增强型电荷耦合器件接收荧光信号. 采用时间分辨测量法, 连续用相同激光脉冲照射植物以激发相同的荧光信号, 同时不断改变激光脉冲触发探测器启动的延时时间, 从而能够得到完整的离散荧光信号分布图像. 对植物特定位置点产生的离散荧光信号进行拟合, 再运用一种改进型的迭代解卷积法可反演高精度的荧光寿命; 进而反演图像各点的荧光寿命以生成植物的荧光寿命分布图. 该方法所绘制的荧光寿命图比荧光强度图能更准确地反映植物内部的叶绿素含量, 并对活体植物叶绿素荧光寿命的物理特性进行了初步研究, 证明叶绿素荧光寿命与植物生理状态存在一定关联; 并且叶绿素荧光寿命与活体植物所处环境存在着复杂的关系. 未来将与生物物理学家们合作, 继续探寻叶绿素荧光寿命与植物生存环境的关系.     

一种实现显微荧光寿命图的测量方法

将脉宽120fs、重复率76MHz激光引入激光扫描显微镜的激发光路,利用其扫描系统对荧光标记样品激发扫描,将激发出的荧光从荧光探测光路引入备用的外部探测口;在探测口接一快速光电倍增管,将光电倍增管的信号送给时间相关单光子计数器,获得时间相关的荧光强度图;最后通过计算机处理获得荧光寿命图。应用此系统对青色荧光蛋白(CFP)、黄色荧光蛋白(YFP)荧光寿命进行了测量,并应用CFP、YFP实现荧光共振能量转移的测量。通过实验看出利用已有的激光扫描显微镜,配合较先进的寿命测量方法,可以很好地实现显微荧光寿命图的测量。     

荧光寿命显微成像技术及应用的最新研究进展

由于荧光寿命不受探针浓度、激发光强度和光漂白效应等因素影响,荧光寿命显微成像技术(fluorescence lifetime imaging microscopy, FLIM)在监测微环境变化、反映分子间相互作用方面具有高特异性、高灵敏度、可定量测量等优点,近年来已被广泛应用于生物医学等领域.然而,尽管FLIM的发明和发展已历经数十年时间,其在实际应用中仍然面临着许多挑战.例如,其成像分辨率受衍射极限限制,而其成像速度与成像质量和寿命测量精度则存在相互制约的关系.近几年来,相关硬件和软件的快速发展及其与其他光学技术的结合,极大地推动了FLIM技术及其应用的新发展.本文简要介绍了基于时域和频域的不同寿命探测方法的FLIM技术的基本原理及特点,在此基础上概述了该技术的最新研究进展,包括其成像性能的提升和在生物医学应用中的研究现状,详细阐述了近几年来研究者们通过硬件和软件算法的改进以及与自适应光学、超分辨成像技术等新型光学技术的结合来提升FLIM的成像速度、寿命测量精度、成像质量和空间分辨率等方面所做的努力,以及FLIM在生物医学基础研究、疾病诊断与治疗、纳米材料的生物医学研究等方面的应用,最后对其未来发展趋势进行了展望.     

激光诱导荧光寿命及其测量

激光诱导荧光特性的研究可用于包括心血管病在内的多种疾病的诊断。荧光发射包括光谱（频域）和时间（时域）两方面的信息，后者表现为荧光寿命。在很多情况下，测量荧光寿命是比测量光谱更为有效的诊断方法。本文从理论上讨论了荧光寿命问题，并介绍两种测量方法，可用于测量人体正常组织和病变组织的激光诱导荧光寿命     

SrTiO3：Cr^3＋晶体荧光光谱及荧光寿命的热效应

测量了SrTiO~3:Cr(3+)晶体5～200K的荧光光谱和寿命。并用单声子吸收与发射过程相关的电子振动跃迁理论较好地解释了150K以下荧光寿命随温度变化的规律。     

基于两级压缩感知的脉冲星时延估计方法

为了快速获得高精度的脉冲星累积脉冲轮廓时延估计,提出了一种基于两级压缩感知的时延估计方法.压缩感知主要包括三个部分:字典、测量矩阵、恢复算法,其中字典尺寸是影响压缩感知估计精度的重要因素.针对压缩感知中字典的原子数增加虽能提高估计精度但又带来计算量大的问题,该方法采用粗估计与精估计两级字典相结合,先利用粗估计字典原子间隔大的特点进行累积脉冲轮廓全相位估计,得到预估时延值,再利用精估计字典的原子间隔小且个数少适合局部估计的特点对累积脉冲轮廓进行精确时延估计.理论分析与实验结果表明:两级字典数据量比传统字典小两个数量级,在相同的时延估计精度下,该方法比传统压缩感知方法计算量大幅度减少,是一种能保持高估计精度并有效降低计算量的脉冲星时延估计方法.     

基于不同泵浦波形的荧光寿命测量

该文从理论上分析了不同泵浦波形下的荧光衰减规律,提出了一种在不同泵浦波形下测量荧光寿命的新方法——双脉冲探测法,即利用探测泵浦脉冲与荧光衰减脉冲的方法测量荧光寿命。通过对样品钕玻璃及Cr:ZnSe晶体的荧光寿命测量表明:利用该方法在不同泵浦波形下能够实现可见及近红外到中红外激光介质的荧光寿命测量。因此,利用该测量方法能够方便、有效的避免通过解卷积求样品荧光寿命的繁琐过程,对测量激光介质在不同泵浦波形下的荧光寿命具有参考价值。     

基于时间相关单光子计数的荧光寿命成像技术

采用时域法中的时间相关单光子计数方法记录荧光寿命,时间相关单光子计数采用多波长通道同时记录荧光光子数,可以提高计数效率和信息量,还可以在稳态图像中分离不同荧光团,形成4维图像。并采用多光子激发技术,利用长波长光源发出的两个或多个光子可以激发出一个短波长的光子。多个光子必须几乎同时到达激发点, 才能提供被激发分子足够的能量以产生荧光。多光子激发波长较长, 生物组织对其散射减小,因而可以穿透到更深层的组织,从而提高荧光成像深度和空间分辨力,并减少对活体样品的损伤。     

基于时间相关单光子计数的荧光寿命成像技术

采用时域法中的时间相关单光子计数方法记录荧光寿命,时间相关单光子计数采用多波长通道同时记录荧光光子数,可以提高计数效率和信息量,还可以在稳态图像中分离不同荧光团,形成4维图像。并采用多光子激发技术,利用长波长光源发出的两个或多个光子可以激发出一个短波长的光子。多个光子必须几乎同时到达激发点,才能提供被激发分子足够的能量以产生荧光。多光子激发波长较长,生物组织对其散射减小,因而可以穿透到更深层的组织,从而提高荧光成像深度和空间分辨力,并减少对活体样品的损伤。     

一种基于时延估计的双辅助声源阵形校准方法

布放柔性水平阵列时,各阵元的相对位置很难精确知道,为了解决这一问题,提出了一种阵形校准方法。首先布设两个成一定张角的校准声源,利用它们估计各阵元信号的时延关系,利用声源和接收阵的GPS位置,确定各阵元的相对位置。得到的位置估计是无偏估计,给出了位置估计标准差的数值模拟结果,得出了两校准声源的最佳角度关系。利用2001年亚洲海国际实验的数据对该方法进行了验证,用校准后的阵形得到的测量声源方位角和实际角度一致,实测的阵增益也和理论值相符合。理论及实验分析结果表明,该方法能够准确定出各阵元的相对位置。     

一种基于最优频段的X射线脉冲星累积轮廓时延估计方法

为提高X射线脉冲星导航中累积脉冲轮廓的时间延迟估计精度, 分析了X射线脉冲星累积脉冲轮廓的频谱特性和现有Taylor快速傅立叶变换时延估计算法的缺陷, 提出了一种基于最优频段的累积轮廓时延估计算法, 并通过建立不同信噪比下时延估计误差与所采用频段之间的关系以确定最优频段. 数值及实测数据实验结果表明: 在短时观测或光子流量较小时, 该算法优于常用的近似最大似然 (FAML)、相关 (CC)、最小二乘 (NLS) 及加权最小二乘 (WNLS) 方法; 在观测时间较长或光子流量较大时, 该算法的估计精度与CC及NLS方法相当, 但其运算量低于NLS, FAML 及WNLS方法. 本文所提算法适用于短时观测脉冲轮廓或低流量脉冲星的高精度时延估计.     

Fluorescence lifetime characterization of bacteria using total lifetime distribution analysis with the maximum entropy method

Total lifetime distribution analysis was employed to obtain fluorescence lifetime profiles of the intrinsic fluorescence ofPseudomonas fluorescens, Escherichia coli, Bacillus subtilis, andStaphylococcus epidermidis. The lifetimes were measured using a multiharmonic Fourier transform phase-modulation fluorometer which can simultaneously measure the phase shift and demodulation at many modulation frequencies. The 364-nm line from an argon-ion laser and the 325- and 442-nm lines from a helium-cadmium laser were used for sample excitation. Broad emission windows were used to capture as much of the bacterial emission as possible for the lifetime measurements. The maximum entropy method was used to recover lifetime profiles from the multifrequency phasemodulation data. At all three excitation wavelengths, the bacteria exhibited three lifetime components, in the ranges of 0.5-1, 2–3, and 4–8 ns. Using 325-nm excitation, a fourth component, in the range of 9–14 ns, was recovered in all of the bacteria; using 364-nm excitation, the fourth component was resolved only in the two Gram-negative bacteria (P. fluorescens andE. coli). Excitation at 364 nm provided the most reproducible lifetime profiles and showed some differences among the four bacteria.     

一种改进的非整数自适应时延估计方法*

针对基于时延估计的机电设备故障声定位中的低信噪比和脉冲噪声情况,用α稳定分布建模噪声,改进了非整数自适应时延估计方法。共变相关法对观测序列进行时延估计粗测,将得到的估计值作为非整数自适应时延估计器的初值;将共变相关法中共变序列作为时延估计器的输入信号,在最小平均p范数准则下迭代得到非整数时延估计值。共变序列保留了原始序列间的时延信息,削弱了不相关的噪声。计算机仿真对比实验验证了改进的方法在脉冲环境和低信噪比条件下有更好的性能。     

基于回溯筛选的稀疏重构时延估计算法

针对无线定位中时延估计在小样本(单快拍)、低信噪比条件下需要大量独立分布测量数据问题,提出了一种基于回溯筛选的稀疏重构时延估计算法,实现了单快拍、低信噪比条件下接收信号的精确时延估计.该算法首先建立接收信号的稀疏表示模型,然后基于该模型建立正交观测矩阵,最后在重构算法中引入回溯筛选思想,利用时延与观测矩阵之间的一一对应关系得到时延的无偏估计.对该模型下时延估计的克拉美罗界进行了推导.仿真分析表明,所提方法在单快拍、低信噪比条件下精度远高于求根多重信号分类算法,相比于正交匹配追踪算法,在较小的复杂度代价下性能得到了较大提升.     

A palmprint recognition method based on multi-step representation

Sparse representation uses all training samples to represent a test sample only once, which can be regarded as a one step representation. However, in palmprint recognition, the appearances of palms are highly correlated which means the information provided by all the training samples are redundant while using the representation-based methods. Hence, how to obtain suitable samples for representation deserves exploring. In this paper, we devise a multi-step representation manner to extract the most representative samples for representation and recognition. In addition, the proposed sample selection strategy is based on contributions of the classes, not merely the effort of a single sample. Compared with some other appearance-based methods, the proposed method obtained a competitive result on PolyU multispectral palmprint database.