相位加权的矢量全聚焦超声阵列成像方法研究

常规矢量全聚焦成像仅利用检测信号的幅值信息,其成像质量受噪声、栅瓣和旁瓣等的影响大。综合利用检测信号的幅值和相位信息,本文提出两种相位加权的矢量全聚焦成像方法。首先,对全矩阵数据的相位信息进行分析,提取出两种相位特征参数:相位一致因子(Phase Coherence Factor:PCF)和极性一致因子(Sign Coherence Factor:SCF);然后,将全阵列划分为若干子阵列,分别利用两种相位特征参数对各个子阵列的成像幅值进行加权,求取加权幅值特征向量;最后,对所有子阵列的加权特征向量进行合成,得到两种加权的矢量全聚焦成像,并从中提取出裂纹方向及尺寸等特征信息。将三种矢量全聚焦成像方法应用于不同缺陷检测仿真及实验验证,结果表明,3种方法均可以实现缺陷方向识别与长度定量测量;但相位加权矢量全聚焦成像效果明显优于常规矢量全聚焦成像结果,其成像信噪比及分辨率更高,缺陷角度及长度测量结果更准确。本文研究工作为缺陷无损评价提供了可行的技术手段。      

铝板结构兰姆波阵列瞬时相位包络成像及补偿*

针对板结构中多裂纹缺陷的识别和定位问题,提出了瞬时相位全聚焦成像的包络算法,同时提出了一种基于激励信号脉冲时长的波速补偿方法,通过数值仿真验证补偿后的瞬时相位包络全聚焦成像对多缺陷的识别和定位能力。与幅值全聚焦成像相比,可以有效减小噪声、直达波、端面回波引起的虚像,提高缺陷的识别率。与相位全聚焦成像相比,可以实现缺陷处的单峰值聚焦,更便于缺陷的定位。实验结果表明,所提出的波速补偿瞬时相位包络全聚焦成像在 的铝板上对实现了5个缺陷的成像和定位,其定位的平均误差为12.24 mm。     

铝板裂纹缺陷兰姆波阵列瞬时相位包络成像及补偿

针对板结构中多裂纹缺陷的识别和定位问题,提出了瞬时相位全聚焦成像的包络算法以及基于激励信号脉冲时长的波速补偿方法。通过数值仿真和实验,验证了波速补偿后的瞬时相位包络全聚焦成像对多缺陷的识别和定位能力。结果表明:与幅值全聚焦成像相比,该方法可以有效减小噪声、直达波、端面回波引起的虚像,提高缺陷的识别率;与相位全聚焦成像相比,该方法可以实现缺陷处的单峰值聚焦,更便于缺陷的定位。使用该成像算法在1000 mm×500 mm×1 mm的铝板上对实现了5个缺陷的成像和定位,其定位的平均误差为12.24 mm。     

相干场成像全相位目标直接重构法

回波信号处理和目标重构算法是相干场成像中的核心数据处理技术, 直接影响系统的成像质量. 基于全相位谱分析理论, 提出一种新的系统融合处理算法, 对接收端回波信号直接提取全相位谱相位及幅值信息实现目标图像重构, 能够有效抑制各种因素带来的频率误差. 经室外实验系统验证, 成像能力大大优于传统重构算法, 重构目标分辨率接近理论极限值.     

阵元固体指向性补偿对超声全聚焦成像的 优化研究*

超声全聚焦成像中,声波的传播受到阵元指向性的影响,位于阵元不同方位的缺陷成像幅度不同。缺陷相对阵列中心偏角越大,回波幅度越低,容易造成漏检。为提高超声全聚焦算法对固体中大偏角缺陷的成像能力,该文引入了矩形阵元固体指向性函数,建立了基于固体指向性补偿的超声全聚焦优化算法,利用指向性系数对不同角度区域的成像进行幅值补偿。实验结果表明,相对于基本超声全聚焦和传统指向性补偿的超声全聚焦算法,该文固体指向性优化算法对大偏角缺陷的成像幅度补偿效果更好,检测灵敏度更高,有效避免了缺陷漏检,扩展了超声全聚焦算法检测范围。     

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。     

提高基于机器视觉的心率测量精度的方法（英文）

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。     

幅值和相位配准技术及其在光学相干层析血流成像中的应用

频域光学相干层析系统中扫描机构定位精度、 机械抖动及样品移动会造成A扫描信号幅值和相位发生波动, 影响生物组织成像质量. 利用最小灰度差匹配、Lorentzian曲线极值拟合和谱域光程差补偿等方法对A 扫描信号进行幅值配准. 通过对A扫描信号相位分布特征的匹配实现相位差检测与配准. 通过求已配准的A 扫描复信号之差, 消除静态组织对血流成像的影响. 进行了人眼扫描实验, 有效提取了视网膜三维血流图像. 实验结果表明, 提出的幅值及相位配准方法大大减小了系统扫描精度、人眼跳动等因素对生物组织在体成像质量的影响. 快速、精确的相位配准方法也可广泛应用在多普勒OCT、相位显微等与相位分辨有关的光学成像领域. 关键词： 频域光学相干层析 配准 血流成像 相位分布特征     

基于希尔伯特-黄变换双频信号的参数估计

为了提高双频信号参数估计在工程测量领域的精度,创新的提出了基于希尔伯特-黄变换和数据拟合算法估计双频信号参数的方法。输入系统的双频信号序列先经过EMD分解算法得到单频的信号序列,采用Hilbert变换得到信号的频率、幅值和相位信息,通过数据拟合算法对信号的频率、相位和幅值等进行校正,校正后参数的值可以精确到两位小数。为了增强该方法在操作上的便捷性和交互性,基于Matlab的GUI工具箱开发界面程序。     

分数评估法实现光通过散射介质聚焦

为了解决强噪声环境下的相干光通过散射介质聚焦与成像问题,本文提出分数评估法,利用该方法对入射光的相位分布进行迭代优化。分数评估法的基本思想是在优化迭代过程中,通过参考目标光强值赋分的方式对相位值进行评估和考量。通过二元相位优化的方式提升迭代程序运行的速度,缩短聚焦时间,以便将该方法运用于动态散射介质。将该方法与蚁群算法对比,结果发现,分数评估法在强噪声环境下仍然能够实现散射聚焦,而蚁群算法在强噪声环境下失效。实验测得分数评估法的焦点光强是优化前散斑平均光强的71.4倍。因此,对于今后在生物成像、光电检测等应用领域,应当优先考虑使用分数评估法优化入射光的波面以提升成像或聚焦的分辨率和清晰度。     

Enhancing effect of phase circular statistics vector for improvement imaging quality of ultrasonic total focusing method

To further improve the quality of the total focusing method (TFM) imaging,an ultrasonic TFM based on phase circular statistics vector (PCSV) has been presented....     

Receiver structure and estimation of the modulation index for tamed frequency modulated (TFM) signals

Tamed frequency modulation (TFM) is a spectrally efficient constant amplitude continuous phase modulation (CPM) scheme which can be simply realized by using a frequency modulator (FM). In the implementation the modulation index of TFM is calibrated to have a nominal value of 0.5, but due to temperature variations it can drift causing time varying phase jitter. In this paper we present novel algorithms and performance results to measure and control the modulation index in a coherent receiver based on the joint reduced state sequence detector (RSSD) and per-survivor processing (PSP) carrier phase estimation. The modulation index estimator measures phase transitions in the receiver and derives estimates by comparing the result to the coding rule of the TFM signal. The estimator has acquisition and tracking ability, and the current estimate can be used to replace the nominal index value. Our simulation results show that the proposed coherent receiver with the novel modulation index estimator has less than 1 dB performance degradation compared to around 4.5 dB exploiting only the PSP carrier phase estimation.     

A complement to the theory of Lohmann-type computer holograms

The introduction by Lohmann and co-workers of the detour phase method in realizing synthetic holograms has been an important step in the history of computer generated holography. In 1969, Brown and Lohmann proposed an improvement to their method: they used true phase and amplitude coding at the center of the diffracting aperture instead of periodically sampled phases and amplitudes. We present a mathematical analysis of this procedure and examine the approximation related to its practical realization.     

光子扫描隧道显微镜的角谱传递函数

用傅里叶角谱衍理论推导了光子扫描隧道显笛镜的标量和矢量角谱传递函数。表明,光子扫描隧道显微镜的角谱传递鲜明地分成两个区,即远场区和近场区。随首探针榈间距增大,近场区内的角谱其振幅迅速衰减,频率越高衰减越快,而相位保持不变;相反远场区内的角谱内的角谱其振幅保持不变,而相位非均匀线性均匀线性增加,频率越低增加越快。光子扫描隧道显微镜对近场角谱的采集能力是其皮瑞利衍射极限的关键。坦 步根据角谱传递函数计     

交替寻优生成元素幅值结合混沌随机相位构造循环测量矩阵

循环矩阵由于其对应离散卷积且具有快速算法被广泛应用于压缩测量矩阵. 本文从循环测量矩阵生成元素的幅值和相位两个方面探索循环测量矩阵的优化构造, 提出交替寻优生成元素的幅值并结合混沌随机相位实现循环测量矩阵的最优构造. 由一维和二维信号循环测量矩阵的不同表示形式出发, 将等价字典列向量之间互相干系数的Welch界作为逼近目标, 推导出了一维和二维信号循环测量矩阵生成元素幅值优化的统一数学模型, 提出采用交替寻优方法求解生成元素幅值的最优解. 利用混沌序列构造循环测量矩阵生成元素的随机相位. 与已有的典型循环测量矩阵相比, 本文优化构造的循环测量矩阵所对应的等价字典列向量之间具有更低的互相干性, 这正是所构造的循环测量矩阵优越性的本质所在.     

Phase noise generation in an amplitude limiter using saturation of a fiber-optic parametric amplifier

Generation of phase noise in an amplitude limiter using saturation of a fiber-optic parametric amplifier is analyzed. The analysis is based on the coupled differential equations for the amplitudes and phases of pump, signal, and idler involved in the four-wave mixing interaction. The equations are linearized about small fluctuations at operation points and are solved, which results in relations between the input and output phase and amplitude noise. These relations are used in deriving expressions of amplitude signal-to-noise ratio (SNR) and variance of phase noise of the output signal in terms of SNRs of input signal and pump. It is shown that optimum pump power exists for minimum output phase noise in the output signal.     

电光调制在被动综合孔径成像探测中的应用

介绍了一种新型被动综合孔径成像探测方法:视场辐射信号被接收和放大后,通过电光幅度调制将其幅度和相位信息加载到光波上,经光纤传输在末端形成阵列,通过光学系统直接成像,将视场实时恢复出来.该方法可实现工作在微波、毫米波和太赫兹波段的高分辨力实时成像探测的目的.深入分析了电光调制器在综合孔径成像探测中的应用,建立电光调制模型,讨论了在小信号调制下的电光幅度调制近似理论.通过数值计算与仿真分析,得到综合孔径成像探测中电光调制器的调制信号强度限制的有关结论.结果表明,利用上变频电光调制技术和光信息处理,所得到的成像仿真图的半峰全宽和信噪比性能都优于传统的基于下变频技术的成像仿真结果.     

多谐波脉冲星信号时延估计方法

针对脉冲星导航技术中延时估计这一关键问题, 提出了频域上直接使用脉冲星信号测量到达时间集合进行时延估计的方法——多谐波脉冲星信号时延估计(MHSPE)方法. 该方法建立在频域上相位时延的极大似然估计的基础上, 通过高次谐波对脉冲星观测信号提取出各谐波相位的极大似然估计, 然后取频谱上各谐波的幅值进行归一化作为各谐波相位的权值, 最后取各谐波相位的加权平均作为该时刻的相位估计. 理论上证得MHSPE算法对相位的估计是无偏、一致的, 相比于频域上一次谐波的极大似然估计, MHSPE方法的信噪比随谐波数m的增加而增加, 当各谐波幅值相同时, 信噪比可提高m_1/2倍; 与脉冲星信号时延的克拉美罗界比较, 脉冲星信号时域的导数在频域上的反映就是各谐波分量的数量, 因此随着谐波次数的增加脉冲星信号时延估计可极大趋近克拉美罗界. 采用RXTE航天器对Crab脉冲星的实测数据检验MHSPE方法的性能, 实验结果表明, 针对低信噪比的脉冲星信号, MHSPE可获得高精度的相位估计, 随观测时间增加, 估计精度快速收敛于克拉美罗界.     

Stokes-space formalism for Bragg scattering in a fiber

Optical frequency conversion by four-wave mixing (Bragg scattering) in a fiber is considered. The evolution of this process can be modeled using the signal and idler amplitudes, which are complex, or Stokes-like parameters, which are real. The Stokes-space formalism allows one to visualize power and phase information simultaneously, and produces a simple evolution equation for the Stokes parameters.