基于单元辐射叠加法的结构声源声场重建方法

为了提高分布式结构声源的声场重建精度,本文提出了基于单元辐射叠加法的结构声源声场重建方法.该方法首先利用声场叠加原理和结构振声传递特性,建立了结构声源表面振动与辐射声场之间的振声传递关系解析表达式,得到便于快速计算的振声传递矩阵,能够解决连续分布、相干结构噪声源的声传播模型精细化表征问题.然后利用振声传递矩阵作为传递算子进行声场重建,并与迭代加权算法相结合.通过将基于单元辐射叠加法的声场预报结果与解析法预报结果进行比较,验证了单元辐射叠加法具有较高的准确性.并将基于单元辐射叠加法的声场重建方法与传统等效源法近场声全息和迭代加权等效源法相比较,通过仿真分析与矩形板声场重建实验证明了基于单元辐射叠加法的声场重建方法能够改善结构声源的声场重建精度并增大近场声全息的有效测试距离范围.     

半自由声场的全息重建和预测技术研究

在半自由声场中,实际测量声压为直达声压和反射声压的叠加,而声压为标量,很难直接将其中直达声压成分分离出来,因而不能简单地用常规的方法来直接进行声源重建和声场预测。在充分地考虑到反射声压的情况下,建立了半自由声场环境下反射面为刚性和非刚性时的声场全息重建和预测理论模型,并通过实例验证了此模型的可行性和正确性。结果表明:此方法有效地解决了半自由声场中进行声场全息重建和预测时所存在的声压反射问题,从而扩充了声全息重建和预测技术的应用范围;采用分布源边界点法作为全息变换算法,提高了声全息重建和预测的速度、精度和稳定性。     

采用振速测量的改进统计最优近场声全息方法

针对常规统计最优近场声全息在空间多源声场重建过程中所需波函数项数多、重建精度不理想的问题,本文提出了一种基于振速测量的改进统计最优近场声全息算法。与常规算法不同,改进算法主要根据声源特点选取合适的波函数组合来计算声场传递矩阵。通过数值仿真初步验证了该方法的准确性和有效性,并与常规算法进行了详细的对比分析。仿真结果表明,改进算法重建精度高,随频率的变化相对误差波动较小,且随着频率的增大相对误差有逐渐减小的趋势;此外,不同的波函数组合,重建效果差异很大,当选取的波函数与声源共形且数量一致时重建效果最好。     

边界元法循环平稳近场声全息理论研究

循环平稳声场是工程中经常遇到的一种特殊非平稳声场,声压信号受到调制作用,导致频谱出现边带现象,经典的近场声全息技术重建得到的声场无法反映声场的调制特性。在平面循环平稳近场声全息基础上,提出一种边界元法的循环平稳近场声全息技术,用二阶循环统计量理论代替传统的傅里叶分析,并以声压的循环谱密度取代其频谱及功率谱密度作为重建量,可用于循环平稳声场中具有复杂表面声源的辐射声场。由于循环谱密度对循环平稳信号具有解调功能,用该方法重建得到的循环谱密度能有效地反映调制和载波信号的信息。仿真分析与实验表明了本理论的有效性和精度能满足工程要求。     

基于统计最优和波叠加的联合局部近场声全息

提出了一种基于统计最优近场声全息和波叠加法的联合局部近场声全息技术。首先利用两次统计最优近场声全息的声源定位结果来指导配置等效源,其后利用波叠加法进行局部声场重构。该技术适合于中低频声场的局部重建,计算快速,重建精度高;可以在测量数据有缺失的情况下重建声场。进行了脉动球声源模型的数值仿真,并在半消声室内对电机噪声源进行了实验,仿真实验都准确地重构了声源所辐射的外部声场。该技术可以重建任意类球形声源辐射的声场。     

平面近场声全息重建结果不准确性问题的研究

平面近场声全息作为一种有效的声场分析方法被广泛用于声场分析和振动体的振动模态及其辐射声场的研究。在介绍了平面近场声全息理论的基础上,指出了利用该方法进行声场重建时存在质点振动速度和声强重建不准确的问题,并从理论分析和模拟计算两个方面给予了证明,在此基础上进一步分析了该方法的应用局限性。     

双全息面声场分离技术的实验研究

研制出一套多通道的声全息测量与分析系统,将其应用于对双全息面声场分离技术的验证。在对该技术进行误差分析的基础上,给出了相应的提高分离声场精度办法。利用研制的全息系统对存在背景干扰的目标声源进行双全息面测量和分析,实验结果表明:双全息面分离声场技术能够有效地抑制背景声源对全息重建结果的影响,从而可以正确地重建声场和识别噪声源。     

半自由声场的全息重建和预测实验研究

半自由声场环境下的声源重建和声场预测研究对声全息技术走向实际应用具有非常重要的意义.在提出基于分布源边界点法的半自由声场全息重建和预测方法的基础上，对此展开了实验研究.并将重建和预测的结果与常规方法重建和预测的结果进行了比较和讨论，说明了重建预测过程中反射声压的影响和考虑反射声压的必要性，证明了所提出方法在解决半自由声场环境下存在地面反射时的声源重建和声场预测时的有效性和准确性.还提出了采用奇异值截断滤波和Tikhonov正则化方法来削弱测量误差的影响，从而进一步优化了重建结果，提高了全息成像的可信度. 关键词： 声全息 半自由场 边界点 声辐射 反射声     

统计最优平面近场声全息原理与声场分离技术

测量孔径尺寸的有限性，在基于空间傅里叶变换的平面近场声全息中会带来窗效应和卷绕误差. 为了克服窗效应和卷绕误差，引入了统计最优平面近场声全息技术. 运用声场叠加原理，证明了统计最优平面近场声全息的理论公式.通过在空间波数域限定kx,ky的取值范围，并离散其确定的空间波数面的途径，提出了一种确定波数矢量的方法.为了克服常规统计最优平面近场声全息技术的应用局限性——全息面一侧的声场必须为自由声场，提出了适用于统计最优平面近场声全息的、基于双全息面测量的空间声场分离技术. 通过实验和数值仿真对理论推导的正确性进行了验证. 关键词： 统计最优 平面近场声全息 波数矢量 声场分离     

HELS法在循环平稳声场全息重建中的理论与实验研究

Helmholtz 方程最小二乘法利用一组球面波基函数拟合声源产生的声场,根据重建和实际声压的误差最小原则,利用最小二乘法确定基函数展开的项数以及对应的权重系数,该方法具有计算效率高和需要测点少的优点,在实际工程中有很大的实用性.Helmholtz 方程最小二乘法和其他近场声全息方法一样都是针对平稳声场,对非平稳声场的分析很少.对于实际工程中经常遇到的一类特殊非平稳声场——循环平稳声场,现有的技术多以单通道信号分析为主,其高阶统计量在故障诊断领域应用较广.分析了循环平稳声场中Helmholtz方程最小二乘 关键词： 声全息 循环平稳 Helmholtz 方程 球面波     

全息模拟再现像的三维重构

提出一种全息模拟再现像的三维重构方法,可以模拟再现得到三维再现像.计算机模拟再现许多幅在不同深度位置的二维光强分布;利用灰度级变化的聚焦度评价方法,通过寻找最大聚焦度值,确定再现三维像各像点的深度信息.实验证明,该方法能实现模拟再现像的三维重构,使数字全息术有希望成为一种全新的三维面形检测技术.再现像三维重构的实现可以更客观地对全息图进行像质评价,并验证计算机制全息术算法的正确性.     

基于数学形态学的数字全息再现像融合方法

针对数字全息中不同再现距离获得的携带不同聚焦信息的再现像, 提出了一种基于数学形态学的多聚焦再现像融合方法, 以有效扩展成像景深。首先通过小波-Controulet变换获得源图像的高频和低频分量;然后, 针对数字全息中含散斑噪声的特点, 对高频分量采用基于数学形态学区域能量的方法进行融合, 对低频分量采用加权对比度法进行融合;最后, 将融合系数反变换得到融合图像。通过对算法的有效性分析和实验验证, 将本文提出的方法与不加入数学形态学的融合方法进行了对比研究。结果表明, 基于数学形态学的融合方法能充分抑制散斑噪声的影响, 保留更多细节信息, 有效扩展了成像景深范围达11.5 cm。其中, 对于表面粗糙且信息量较少的骰子, 基于数学形态学方法的空间梯度算子提高了11.8%, 熵值提高了2.7%;对于表面光滑且信息量较多的硬币, 其空间梯度算子提高了13.6%, 熵值提高了2.8%。     

Phase-only stereoscopic hologram calculation based on Gerchberg–Saxton iterative algorithm

A phase-only computer-generated holography(CGH) calculation method for stereoscopic holography is proposed in this paper.The two-dimensional(2D) perspective projection views of the three-dimensional(3D) object are generated by the computer graphics rendering techniques.Based on these views,a phase-only hologram is calculated by using the Gerchberg–Saxton(GS) iterative algorithm.Comparing with the non-iterative algorithm in the conventional stereoscopic holography,the proposed method improves the holographic image quality,especially for the phase-only hologram encoded from the complex distribution.Both simulation and optical experiment results demonstrate that our proposed method can give higher quality reconstruction comparing with the traditional method.     

空间声场全息重建的波叠加方法研究

提出了基于波叠加法的近场声场全息技术，并将其用于任意形状物体的声辐射分析.在声辐射计算问题中，边界元法是通过离散边界面上的声学和位置变量来实现，而波叠加方法则通过叠加辐射体内部若干个简单源产生的声场来完成.因而，基于波叠加法的声全息就不存在边界面上的参数插值和奇异积分等问题，而这些问题是基于边界元法的声全息所固有的.与基于边界元法的声全息相比较，基于波叠加法的声全息在原理上更易于理解，在计算机上更容易实现.实验结果表明：该种全息技术在重建声场时，具有令人满意的重建精度. 关键词： 声全息 逆问题 波叠加方法 正则化方法     

基于有限脉冲响应滤波器的数字全息零级像消除

针对数字全息中零级像的存在影响数字再现像的质量,分析数字全息图的记录、再现原理及频谱特性,提出了一种利用有限脉冲响应滤波器消除全息图数字再现中零级像的方法.该方法只需记录一幅数字全息图,不需要相移器材或其他辅助设备,直接利用数字图像处理对数字全息图在空域进行预处理,消除全息再现时的零级像干扰.对比了数字模拟和实验拍摄到的全息图在应用有限脉冲响应滤波器消除零级像前后的再现结果,表明该方法可消除零级衍射像,改善重建像质量,并且算法简单.     

基于菲涅耳波带板扫描全息术的光学层析成像

基于光学扫描全息术原理和编码孔径层析成像技术,提出了一种三维物体层析成像技术——菲涅耳波带板扫描全息术。该技术通过将物体的光强分布函数与菲涅耳波带板的光强分布函数进行卷积运算来得到物体的扫描全息图,通过相关解卷积的方法来进行扫描全息图的数字重建。依据该技术原理设计了实验系统,系统结构简单紧凑,具有三维物体层析成像功能。提出用数字高通滤波器来减少重建图像的背景噪声。计算机仿真及对实物的扫描记录和重建实验结果表明,该技术原理正确,用于三维物体层析成像是可行的,用数字高通滤波的方法提高重建图像的对比度是有效的。     

共轭对称延拓傅里叶计算全息

提出一种计算全息算法,将物光波进行共轭对称延拓,经快速傅里叶变换直接生成实函数,其中包含物光波的幅度和相位信息,可编码得到灰度全息图.利用此全息图可清晰地再现原物光波.通过共轭延拓生成计算全息图的方法与以往基于干涉的计算全息不同之处在于,这里并不需要模拟物光和参考光的干涉,计算效率很高.利用生成的全息图在数字再现和光电再现实验中均获得了良好的效果.理论推导和实验结果都验证了算法的有效性. 关键词： 计算全息 共轭对称 数字再现 光电再现     

压缩感知重建数字同轴全息

数字重建是数字全息技术的关键步骤.传统的重建算法存在共轭像、聚焦物体与背景离焦物体相互干扰等问题.应用新兴的压缩感知技术,研究了全息图像的稀疏重建.基于衍射的线性运算,导出了利用压缩感知重建数字同轴全息三维空间的算法.利用该算法对颗粒的模拟全息图和数字显微全息实验全息图进行了重建,并将重建结果与传统的卷积重建结果进行了...     

数字微镜用于菲涅耳衍射全息显示的理论研究

导出人眼感觉的菲涅耳衍射全息的数字微镜重建场强度表达式.基于数字微镜每显示周期8幅二值图形成灰度图的机制,比较了每周期8幅及256幅二值图方案时菲涅耳衍射全息的显示质量.结果表明,数字微镜显示图像的质量低于数字全息波面重建质量.存在优化控制数字微镜提高显示图像质量的可能性.     

Direct sound field separation method on holography surface

In order to simplify the process which aims at separating the coherent sources located at different sides of holography surface,a direct sound field separation method which only depends on the data of holography surface is proposed.Assume that the reconstruction surface is holography surface,according to the equivalent sources located at the spherical surface,there exists a relationship between the measured sound pressure and the calculated value based on equivalent source method.Then,the coherent sources are separated.Numerical simulation analyzes the separation results when the interference sources are pulsating ball source and simply supported steel sheet with forced oscillation,respectively.The separation method is validated by experiment with two loudspeakers.The results show that the proposed method has high accuracy to the two kinds of interference sources and high tolerate deviation.