线阵CCD图像处理算法研究

研究了线阵CCD在动态测量中的整体图像处理方法 ,包括杂散点剔除、图像平滑、边缘识别等方法。提出的整体图像的样条插值方法使得边缘识别精度比较高 ,实现起来较容易 ,该方法特别对复杂环境下的动态CCD图像处理有效     

成像光谱仪辐射测量一致性校正中插值方法选择

谱线弯曲破坏了色散型成像光谱仪光谱辐射能量采集的一致性,采用插值的办法对系统采集到的辐射能最数据依据无偏离波长定标数据重新采样,可以提高光谱辐射测量的一致性.选择恰当的插值采样方法尤为重要,直接影响校止后辐射能量偏差的剩余量,决定了校正效果的好坏.采用常用的线性、三点二次多项式、四点三次Lagrange、五点四次Lag...     

Stochastic collocation method for secondary bifurcation of a nonlinear aeroelastic system

A stochastic collocation method is proposed to investigate the secondary bifurcation of a two-dimensional aeroelastic system with structural nonlinearity represented by cubic restoring forces, and uncertainties expressed by random parameters in the cubic stiffness coefficient and in the initial pitch angle. The accuracy of the stochastic collocation method is improved by incorporating higher order schemes, such as piecewise cubic interpolation and piecewise cubic spline interpolation, instead of a piecewise linear interpolation formula. For an aeroelastic problem with the uncertainty expressed by a time dependent combination of five random variables, an efficient collocation method is developed using a sparse grid approach with a dimension adaptive strategy. Numerical simulations are carried out to demonstrate the effectiveness of the proposed method for long term computation and discontinuous problems.     

导心轨道模拟中对磁场计算方法的改进

在导心轨道的计算中,用离散傅立叶变换对二维磁场信息沿角向进行变换,得到各阶谐波分量随极向磁通变化的拟合公式,用此生成磁场。数值模拟结果表明,该方法在精度上和传统的样条插值一致,可以在角向和极向上求任意阶导数,为磁岛和撕裂膜的计算提供了便利.     

基于三次样条插值的光纤F-P传感器傅里叶变换解调研究

从傅里叶变换原理入手,对不插值傅里叶变换解调和高斯频谱插值方法的误差进行了分析.介绍了三次样条插值的原理,通过三次样条插值得到输出光强信号对光频率均匀采样光谱.从光纤F-P传感器的腔长由20 μm以0.02 μm步长匀速增加至120 μm的仿真分析得出,经过三次样条插值后再进行傅里叶变换解调的精度相对频率插值法更高.在此基础上,采用美国Ocean Optics公司生产的USB2000型光谱仪和Melles Griot公司的17MAX600型光纤对准微动台(精度达0.01 μm)搭建了实验系统并进行了对比实验.结果表明,基于三次样条插值的傅里叶变换解调方法误差在0.06 μm以内.     

小波抽样与气象要素场插值

首先用6种插值方法对一个带限与非带限一维信号分别进行等距插值计算检验.6种方法是基于Shannon抽样定理的插值法、两种基于小波抽样的插值法、三次样条插值法、三次卷积插值法和快速Fourier变换插值法.结果显示小波和三次样条插值法最好,其中小波插值误差的局域性最好.最差的是快速Fourier变换法.其次,剔除快速Fourier变换插值法,将其它5种插值公式推广到二维的情形,对大气层中层500hPa高度场、海平面气压场和降水量场也进行了插值计算.误差分析表明对于降水量场三次样条小波插值最好,对高度场和海平面气压场三次样条插值法仍然是最好的.在此基础上,提出了既保证降水量场插值精度又能避免插出"负降水"的插值处理方法并进行了计算检验.最后指出了小波插值法有待改进的问题.     

Simple adaptive cubic spline interpolation of fluorescence decay functions

Simple method allowing for adaptive cubic spline interpolation of fluorescence decay functions is proposed. In the first step of the method, the interpolated function is integrated using the known adaptive algorithm based on Newton-Cotes quadratures. It is shown that, in this step, application of the Simpson's rule provides the smallest number of calls of the interpolated function. In the second step of the method, a typical cubic spline approximation is used to find values of the interpolated function between the points evaluated in the first step.     

高精度动态光纤应变传感研究

传统的光纤应变传感技术无法在满足高精度和强环境适应性的同时实现稳定的动态应变传感.为了解决该问题,本文将光干涉原理应用于光纤应变传感,设计了一种强环境适应性的基于干涉结构的高精度光纤应变传感系统,基于扫频干涉信号的互相关系数,该系统可以稳定地探测应变.本文还提出一种动态探测算法,该算法弥补了系统只能探测较小应变的缺陷,大大提升了实际应变的探测范围,同时还实现了动态的应变检测;采用三次样条插值算法,提升了小应变探测的精度.理论分析和仿真模拟表明,在加入白噪声的信号信噪比为15dB时,插值后的探测精度是未插值探测精度的2.3倍,插值后本系统探测结果的最大误差只有约9nε.     

提高基于机器视觉的心率测量精度的方法

基于摄像头(可见光)的心率测量方法,能够以非接触的方式检测受试者心率,无论在临床应用还是在家庭健康监护中都有着极大的应用前景。但是,CMOS摄像头的行扫描方式采集图像以及计算机系统的图像采集时钟抖动都会影响此类心率测量的精度,从而引入相位误差和系统随机误差。本文针对这两大主要误差进行研究分析,提出了消除相位误差的基于傅里叶变换的幅频叠加算法、消除图像采集系统时钟抖动误差的基于时间标定的三次样条插值重构方法。幅频叠加算法只在幅频域对信号进行处理,能够忽略信号的相位影响,从而消除相位误差。时间标定的三次样条重构算法能够重构图像的均匀采集,从而消除系统时钟抖动引起的随机误差。同时,通过理论推导论证了两种算法的可行性,进而利用LED模拟实验和实际心率测量实验验证该算法在提高信号检测精密度中的特性。在模拟实验中,对每帧图像的200行作幅频叠加运算,能够使信号幅值相对提升4.58%;基于时间标定的三次样条重构算法能使检测的信号频率的均方根误差缩小30%以上;在实际心率检测中,幅频叠加算法可使心率幅值相对提升达33.5%,基于时间标定的三次样条重构算法可使心率准确度提升40%左右。因此,模拟实验和实际心率测量实验均验证了提出的算法在提高系统检测精度上的有效性,提高了基于机器视觉心率测量的抗干扰能力。这两种算法不仅能够提高基于机器视觉的心率检测精度,而且能够适用于基于机器视觉对一定频率信号的检测,在机器视觉检测中具有广泛的意义。     

基于三次样条插值的IRFPA非均匀性校正算法*

针对红外成像制导跟踪系统工程应用的实际要求,对红外焦平面阵列工作在大动态范围条件下的非均匀性校正算法进行了深入研究,依据函数插值原理,导出了三次样条插值非均匀性校正算法.用模拟的非均匀性图像和实际的红外图像对算法进行了校验.结果表明该算法具有动态范围大、校正准确度高的优点,可对红外焦平面阵列实现非均匀性和非线性双重校正效果.     

基于三次样条插值的IRFPA非均匀性校正算法

针对红外成像制导跟踪系统工程应用的实际要求,对红外焦平面阵列工作在大动态范围条件下的非均匀性校正算法进行了深入研究,依据函数插值原理,导出了三次样条插值非均匀性校正算法.用模拟的非均匀性图像和实际的红外图像对算法进行了校验.结果表明该算法具有动态范围大、校正准确度高的优点,可对红外焦平面阵列实现非均匀性和非线性双重校正效果.     

Free vibration of rotating non-uniform discs: Spline interpolation technique calculations

Stress distributions and flexural vibration of rotating annular discs with radially varying thickness are calculated by means of a spline interpolation technique. For this purpose, the disc is divided into many ring-shaped elements and the radial displacement is expressed as a cubic spline function, which satisfies the equation of equilibrium of force at all the knots and also satisfies boundary conditions at both edges. Centrifugal stress distributions are calculated from the radial displacement. The transverse deflection of the disc is expressed as a quintic spline function. The frequency equation is derived from the conditions that this function satisfies the differential equation governing the flexural vibration of the disc at the knots and also satisfies the edge conditions. The method is applied to free-clamped rotating discs with linearly, parabolically and exponentially varying thickness, the natural frequencies and the mode shapes are calculated numerically, and the effects of rotating velocity and variable thickness are discussed.     

近红外离散波长光谱基线漂移校正方法研究

微分是(近)红外光谱多元分析校正中最常使用也是最有效的光谱基线漂移校正方法。由于数据数目较少及相邻数据在光谱意义或数学意义上缺乏连续性,微分不能直接用于离散波长光谱消除基线漂移。为此,提出了一种结合插值拟合和微分校正离散光谱基线漂移的新方法。思路是采用三次样条插值法对离散波长光谱进行拟合,然后对拟合光谱进行Savitaky-Golay卷积求导,再从微分光谱中取出对应于原离散波长光谱数值的数值,构成离散波长光谱的微分光谱,从而实现离散波长光谱的基线漂移校正。通过分别由模拟离散波长光谱数据和实际的离散波长光谱数据建立多元校正模型检验新方法效果。采用ABC干粉灭火剂和土壤的近红外光谱数据及性质建立了PLS和MLR模型。结果表明,新方法能有效消除离散波长光谱的基线漂移对多元分析校正产生的不利影响,明显地提高了多元分析校正模型的准确性,对改善离散波长光谱仪器分析准确度具有重要的理论意义和实际应用价值。     

微束斑X射线源聚焦系统的数值研究

本文研究了由两个磁透镜组成的电子束打靶微束斑X射线源的聚焦系统.首先利用有限元法计算了磁透镜的磁感应强度的轴上分布,在此基础上用三次样条函数插值计算了磁场的空间分布,最后用四阶Runge-Kutta法追踪了电子的运动轨迹,并给出了入射电子束经过聚焦系统后的缩小倍率.     

微束斑X射线源LaB_6阴极电子枪的设计

LaB6阴极电子枪是微束斑X射线源的关键组成部件之一。详细的讨论了电子枪的各组成电极 ,即LaB6阴极、Wehnelt栅极和阳极的设计。采用边界元法 (BEM )对电子枪内部电场电位和场强分布进行了有效的数值计算 ,并从阴极开始起利用四阶Runge Kutta法追踪电子的运动轨迹。给出了当阳极端口处电子束半径为设计值时各电极电压、电极结构等工作参量 ,利用该LaB6阴极电子枪可以满足微束斑X射线源需要高亮度、微细电子束发射的要求。     

A note on the proper frequency resolution for the room transfer function in the phased beam tracing method

In the simulation of acoustic response of a room, one cannot satisfactorily estimate the transfer function or the impulse response with a sparse frequency resolution. We have studied about the frequency resolution for a satisfactory estimation of room transfer function or the reverberation time using the phased beam tracing method. In order to investigate what happens with the frequency resolution, a number of frequency resolution (0.01-1 Hz), which are usually employed in the numerical analysis, was tested for a room model. It was found that the total accumulated phase in a transfer function and the late part of an impulse response of a room are influenced by the frequency resolution. Main reason for the difference is the correct detection of non-minimum phase zeros, depending on the frequency resolution. A criterion for a proper frequency resolution was suggested by considering the modal density of three-dimensional space. When a sparse dataset was initially given, we showed that cubic spline interpolation can be used to enhance the precision of detection for non-minimum phase zeros.     

微束斑X射线源发射系统的数值计算

本文采用边界元法(BEM)对高亮度微束斑X射线源的LaB₆阴极、Wehnet栅极和阳极等发射系统的电位和场强分布进行了数值计算,首先计算了系统对称轴上的电位,再利用三次样条插值法和谢赫尔公式等计算了系统在考虑三次相差情况下的傍轴电场强度分布.     

一种基于现场定标的光电图像畸变校正算法

针对CCD摄像机所采集的图像存在畸变问题,提出了一种基于现场定标法的多项式变形技术和三元卷积算法,对其进行校正.灰阶Sobel算子通过引入衰减因子对图像进行边缘检测得到不失真的灰阶边缘图,然后将灰阶边缘图进行三次样条插值处理,使标准定标图案边缘的定位达到亚像素级,提高了图像边缘检测的精度.利用建立的校正畸变的函数关系式,实现空间几何坐标变换,既保证特殊环境下的图像测量具有足够高的精度,又使光电图像几何畸变校正达到很好的效果.     

米散射激光雷达剖面数据三次样条垂直水平插值法

传统的空间数据插值方法在米散射激光雷达剖面扫描数据的距离高度显示图可视化应用方面具有一定的局限性.本文分析了米散射激光雷达剖面扫描数据以仰角为基础的空间位置关系与大气参数的空间分布特性,分别在垂直与水平位置上合理选取参考数据,给出位置相关性权重,基于三次样条函数法进行数据变化趋势的平滑性修正,完成缺失数据插值.实验结果表明,该方法能够有效提高米散射大气激光雷达扫描数据空间插值的准确性,插值数据误差小,距离高度显示图图形趋势过度平滑,符合大气参数的整体变化规律.     

基于VC++和MATLAB的氢原子光谱数据处理系统

在氢原子光谱实验中,由色散规律求氢原子光谱波长的数据处理十分复杂。本文利用3次样条插值和误差随机化方法来进行数据处理。利用VC++和MATLAB的混合编程,建立氢原子光谱数据处理系统。该系统充分发挥了VC++在界面设计上的优势,同时利用MATLAB处理复杂数据和表达图像的能力,因此该系统结构合理、使用方便。