多角度动态光散射加权贝叶斯反演算法

研究加权贝叶斯算法在多角度动态光散射法测量单峰分布颗粒体系的颗粒粒度分布中的应用.采用颗粒粒度信息分布为底数、调节参数为指数的权重系数给各个角度下的光强自相关函数曲线加入不同的权重系数,再利用传统的贝叶斯算法反演.模拟与实验结果表明,加权后的贝叶斯算法能获得分布误差更小的反演结果,有效地抑制了数据噪声的影响,提高颗粒粒度分布反演的准确性.     

强散射过程中基于奇异值分解的光学传输矩阵优化方法

通过测量散射介质的传输矩阵能够控制光在此介质中的传输,但目前没有通过优化传输矩阵(即搜索介质本征传输矩阵)来提高光传输效率的研究.通过测量介质的传输矩阵进行奇异值分解与背景滤波,初步优化了传输矩阵后,提出通过遗传算法再次优化传输矩阵,实现了进一步优化传输矩阵,提高了聚焦效率和信噪比.所提方法为可见光在生物组织中的成像提供了一种新的思路和方法.     

基于奇异值分解的随机共振特征提取研究

针对强背景噪声下信噪比极低的微弱特征信号的识别问题,提出了基于奇异值分解的随机共振特征提取方法.该方法首先利用奇异值分解对实际采样信号进行预处理和重构,然后寻找到特征信号分量与噪声强度相匹配的分量信号.此分量信号再经过非线性双稳系统的随机共振处理,可实现从强噪声背景中检测极微弱的特征信号.     

基于动态光散射研究pH值对茄红素胶囊粒径的影响

用微乳化技术结合复合团聚法制备了纳米及亚微米茄红素胶囊,基于动态光散射测量分析了环境p H值对胶囊的粒径大小及其分布的影响.结果表明,对纳米茄红素胶囊,当p H值为3.5、6.0及6.8时能稳定的分散,而p H值为7.4时则会出现明显的聚集现象;对亚微米茄红素胶囊,当p H值为3.5、6.0、6.8及7.4时其粒径分布均为双峰状态,其中粒径较大的为亚微米茄红素胶囊,粒径较小的为包覆不良的颗粒,且p H=7.4时的粒径明显小于其它三种p H值时的粒径.虽然亚微米胶囊在p H=7.4时粒径明显变小的结果与纳米胶囊相同,但亚微米胶囊并不像纳米胶囊那样出现聚集现象.     

基于颗粒粒度信息分布特征的动态光散射加权反演

宽分布和双峰分布颗粒的准确反演是动态光散射技术至今未能有效解决的难题,尤其峰值位置比小于2:1且含有大粒径颗粒(350 nm)的双峰分布.造成这一难题的主要原因包括:1)单角度测量数据的粒度信息含量不足;2)常规反演方法对测量数据的噪声抑制以及粒度信息利用缺乏针对性.对测量数据(即光强自相关函数)的研究发现,数据噪声主要分布在长延迟时段,而粒度信息集中分布在衰减延迟时段.基于此,本文提出了采用粒度信息分布为底数、调节参数为指数的权重系数对自相关函数进行加权反演的约束正则化方法.由于采用了与粒度信息分布一致的权重系数,该方法既充分利用了衰减延迟时段的粒度信息,又有效地抑制了长延迟时段的数据噪声.不同噪声水平下,宽分布和双峰分布颗粒体系的反演结果表明,与常规反演方法相比,这一方法可以获得更为准确的宽分布和近双峰分布的反演结果.     

基于多尺度变换的动态光散射粒径反演范围的自适应调整

通过多尺度变换实现了反演范围的自适应调整,使其更接近真实范围。分别采用反演范围固定算法与自适应算法对200～600 nm单峰和200～900 nm双峰分布颗粒的模拟相关函数进行了反演,结果表明：自适应算法的结果更接近理论分布,抗干扰能力更强。相对于固定算法,单峰分布颗粒最多可缩小峰值误差4.73%,缩小峰宽误差185 nm。双峰分布颗粒在0～0.001噪声水平时,峰值误差分别小于11.33%,12.45%,峰宽误差分别小于35,160 nm,而固定算法在噪声水平大于0.000 1时,难以得到合理的反演结果。反演范围自适应调整方法能够有效优化粒径反演结果。     

解析动态光谱的奇异值分解最小二乘法的改进

本文改进了处理动态光谱的奇异值分解最小二乘法（SVDLS），通过对模拟的蛋白质二级结构的动态圆二色谱和小牛胸腺DNA在电化学过程中动态紫外光谱的分析，表明该方法不仅给出动态过程中所包含的组分数，而且可同时获得各组分的光谱和各组分分数的分布曲线，是多种动态光谱数据处理的有效的无模型方法。     

一种三维矩阵的奇异值分解算法

提出了一种三维矩阵的奇异值分解算法,该法适合处理具有三维矩阵数据的模式识别和分类模型等领域实际问题,该算法与二维矩阵奇异值分解算法类似,通过求解约束条件极值问题获得,该算法与已有的三线性分解算法比较,相对简单,计算速度快,适合处理数据量大的实际问题,该算法也很容易推广到更高维阵列的光谱数据。     

动态光散射实验

动态光散射技术是测量纳米及亚微米颗粒粒径的有效方法．本文介绍了动态光散射实验的原理、实验装置及方法，并测量了粒径为85nm的聚苯乙烯水溶液的粒径，分析了实验产生误差的原因．     

基于集合经验模态分解和奇异值分解的激光雷达信号去噪

为了提高差分光柱像运动激光雷达(DCIM雷达)探测信噪比,提出了一种基于集合经验模态分解(EEMD)和奇异值分解(SVD)的混合降噪法.由EEMD获得含噪信号多层模态分量,根据各模态分量之间互相关系数的差分量确定主要噪声并予以滤除,利用奇异值分解识别模态分量中的残余噪声并提取有用信号.利用混合降噪法EEMD-SVD和EEMD方法分别对模拟仿真信号和实测激光雷达信号进行降噪处理.结果表明,当模拟噪声标准差在0.05~0.2之间时,相比与未降噪直接反演的湍流廓线,EEMD-SVD方法降噪后反演的湍流廓线信噪比提高了2.718 7dB~6.921 5dB,相应的EEMD方法提高了1.446 1dB~3.366 1dB;两个不同时段DCIM雷达降噪前后反演廓线与探空廓线的对比发现,EEMD-SVD和EEMD两种方法降噪后反演廓线较之于未降噪的反演廓线,信噪比最大提高了2.526 5dB和2.155 6dB.EEMD-SVD的降噪效果优于EEMD,能够更有效地识别和滤除噪声,较大地提高了原始信号的信噪比,获得更准确的大气湍流廓线反演结果.     

角度组合对多角度动态光散射测量的影响

针对多角度动态光散射中角度组合对颗粒粒度分布测量的影响,对5组模拟的双峰分布颗粒体系(114/457 nm,202/800 nm,307/541 nm,433/721 nm和600/900 nm)分别选取3、4、5和6个散射角,采用不同角度组合进行测量.粒度反演结果表明,在选取同样数量散射角条件下,不同的角度组合会得到不同的测量结果.当选取的各散射角对应的Mie散射光强差异显著,特别是对应光强值包含了Mie散射光强曲线的极大值和极小值点时,测量结果更准确.采用标准聚苯乙烯乳胶颗粒进行的测量实验,实验结果与反演结果一致.这种角度组合影响的原因在于,随着散射角的增多,得到的颗粒粒度信息也相应增加,但只有增加的散射角所对应的散射光强显著不同时,才会较多地增加颗粒粒度信息,从而改善测量效果;否则,增加的信息会被增加的角度校准噪声所抵消.     

散射光谱的目标材质及比例反演研究

研究了基于散射光谱的点目标在远距离条件下表面材质及比例反演方法,旨在为空间碎片探测及预报提供数据参考。首先根据散射光谱的远距离目标探测物理模型,建立了基于散射光谱的目标参数反演物理模型,给出了基于最小二范数理论方法的目标表面材质及比例信息的反演算法,结合光源照射特性、目标材料表面光学反射特性、入射、反射及探测角等信息,利用双向反射分布函数(BRDF)的多级融合模型,表征复杂材料表面的光学反射特性,将BRDF中对应的面积量作为待反演参数,给出了目标表面材质及比例信息的反演算法;其次进行了实验验证,搭建了室内散射光谱探测及采集系统,进行了单一材质及多种材质不同比例的目标散射光谱探测及数据采集,经过对散射光谱数据进行预处理,截取有效波长范围为400～800 nm;结合理论分析及反演算法,对于四种材质组合的样品,进行了相同和不同比例组合的材质及比例反演,等比例反演结果最小误差为0.8%。最大误差为13.6%,平均误差为4.9%;不等比例反演结果最小误差为6%,最大误为12%,平均误差为9.25%;综合以上测试结果可以得出,反演平均误差最大为9.25%,考虑到入射光源稳定性有2.89%的误差,反...     

动态光散射系统最佳光接收孔径比研究

从动态光散射（Dynamic Light Scattering,DLS）光接收系统的空间相干性出发,推导了干涉信号的表达式并对系统的噪音进行了全面的分析.在环境温度恒定且光电倍增管（Photomultipier Tube ,PMT）良好冷却的条件下,PMT的泊松随机噪音为系统主要噪音.利用光子统计理论推导了PMT的噪音,得到其输出的功率信噪比并计算了功率信噪比最大时的接收孔径比.实验表明,通过调整两固定孔间的距离, PMT输出的功率信噪比可达到最大.由不同孔径比实验计算得到的自相关函数证明了理论的合理性.     

An update of the Amsterdam Light Scattering Database

We present an update of the Amsterdam Light Scattering Database located at http://www.astro.uva.nl/scatter. We give a detailed explanation and clarification of the nature of the scattering matrices in the database. Measured scattering matrix elements are presented as functions of the scattering angle, for aerosol particles in random orientation at 632.8 nm. They pertain to seven volcanic dust samples from three different volcanoes, two samples with extreme refractive indices (hematite and rutile), and three forsterite samples with identical compositions, but different size distributions. For 15 phytoplankton species and two types of silt suspended in water, the database now contains two matrix elements, F₁₁ and -F₁₂/F₁₁ as functions of the scattering angle at 632.8 nm. Lastly, we have included all scattering matrix elements as functions of the scattering angle for spherical micron-sized water droplets, which may be used for testing purposes.     

基于空间光调制器的HDR图像获取方法

提出一种利用空间光调制器对物方光线进行调制并多次曝光的方法来获取HDR图像.讨论了该方法的原理,并根据原理搭建实验装置进行了实验.实验装置中以LCOS作为空间光调制器,以CMOS作为成像传感器,通过多次曝光获得系列图像,利用图像合成算法生成HDR图像.该方法具有实时性好、扩展性强、成本较低等优点.     

基于奇异值分解的数字波前拟合算法

提出了基于奇异值分解、采用泽尼克多项式拟合干涉波前的算法,该算法直接从线性方程组入手,对矩阵进行奇异值分解分解,在求解逆矩阵的过程中,采用阈值法对奇异值的倒数进行非常规的置换(∞→0),可直接得到系数向量。理论分析和实验证明,相对于传统的格拉姆施密特正交法,该算法可首先通过求解条件数判断线性方程矩阵是否奇异,对于解决病态方程组或奇异矩阵的最小二乘问题,有很好的稳定性,避免了由最小二乘构造的法方程组出现病态而引入的计算误差,且易于编程。     

将噪声作为独立变量的动态光散射数据反演

在动态光散射颗粒测量时,为了从含噪的自相关函数数据中准确地反演出颗粒粒度分布,对Tikhonov正则化算法进行改进,将噪声作为一个独立的未知变量应用到正则化方程中进行粒度反演.在计算过程中,相应增加方程中各系数矩阵的行数和列数,对求解的粒度分布数值则仍取其原来方程的行数和列数,从而达到对部分噪声的剔除作用.不同噪声水平下的颗粒粒度反演结果表明,改进后的算法能够显著提高低信噪比动态光散射数据粒度反演结果的准确性,适用于宽分布较大粒径的颗粒粒度反演.