超微弱生物发光图像中的统计检验

应用光电阴极探测灵敏度为０．５ｃｐｓ／ｍｍ＾２的超高灵敏度的光电成像系统，获得了绿豆芽和活体昆明鼠的超微弱生物发光图像，并用统计理论研究了极弱光强条件下光子图像的信号检测和问题，文中在信号和噪声均为泊松分布的条件下，分析了从光子噪声中检验是否有信号的判据以及影响到检验的５个因素对检验结论的影响，以此判据成功地检验到实验获得的昆明鼠发光光子图像中的信号。     

光子成像系统信号与噪声的统计特性分析

在去除光子图像的本底噪声时,根据微弱点目标的探测统计特性,以泊松分布均值与方差相等的特点为判据,提出了一种确定阈值选取范围的新方法。利用点过程的分析方法研究了光子受限点目标的探测统计特性,并进行了实验研究,结果表明光子受限点目标的探测统计特性服从平稳泊松点过程。利用以上分析方法可以快速地获得微弱点目标事件的期望发生率,以及在下一段时间内目标至少再出现一次的概率,从而为后续的目标探测、跟踪以及位置预测奠定了基础。     

一种基于单似然检验的高光谱图像小目标检测器

针对背景和目标的先验光谱特征未知的条件,给出一种基于单似然检验的高光谱图像小目标检测器。小目标相对于背景的低概率性使得高光谱图像数据对目标光谱信号的矩特征几乎不施加约束,可在最大熵条件下将广义似然比检验简化为对背景似然的单似然检验;利用全部数据样本建立无参估计模型以充分利用样本信息,从而得到基于单似然检验的高光谱图像小目标检测器。该检测器避免了统计模型误差和不明确物理含义特征对实际高光谱图像数据检测带来的影响。使用可见光/近红外波段机载I型实用型模块化成像光谱仪(OMIS-I)高光谱图像进行了实验,实验结果及相应理论分析表明该算法可有效检测高光谱图像中的空间低概率目标。     

光子图像统计处理

讨论了一种对有限光子图像累加的统计处理方法。在超微弱发光的研究中（例如细胞的超微弱光），由于发光强度较弱，需要用像增强器对超微弱发光图像进行增强得到可视光子图像，超微弱发光的光子图像不可避免地受到像增强系统暗噪声及背景噪声的影响，使光子图像湮没在噪声中。为从原始图像中检验出信号，常将采集到的有限光子图像进行累加以增加样本数，根据信号光子和噪声光子的不同统计分布，运用似然比检验方法得到有效判断累加图像中某像素是否含有信号光子，由此剔除图像中的噪声光子，得到信噪比改善的光子图像。     

变阈值检测对无扫描距离选通激光雷达探测概率的影响

根据无扫描成像激光雷达光电阴极输出光电子计数分布满足泊松统计的特点,由极大似然估计方法,给出判定是否接收到回波的似然比判据阈值的计算方法。并针对典型无扫描距离选通成像激光雷达情况,给出了系统探测概率、虚警概率和漏警概率的近似计算方法,并采用蒙特-卡罗模拟方法进行验证。分析了系统阈值对探测概率的影响,并提出变阈值的方法提高探测系统探测概率。而受系统硬件的限制,在满足探测要求的情况下,尽量缩短探测距离和减少探测器像素数,增加接收目标的有用信号光子数,并同时根据极大似然估计法来确定阈值,达到提高探测概率的目的。     

利用孪生光束产生可调谐亚泊松光场

利用非简并光学参量振荡器（NOPO）产生的强度量子关联孪生光束，在实验上实现了波长可调谐的亚泊松光。实验获得最好亚泊松光噪声低于散粒噪声极限2．6dB；在7．4nm的波长调谐范围内，亚泊松光噪声低于散粒噪声2dB。同时，在实验上直接测量了亚泊松光的统计分布。     

关于波尔雅分布下MCP噪声因数的计算

本文评述了泊松、弗瑞、波尔雅分布函数在MCP噪声因数计算中的应用,並着重讨论波尔雅分布下MCP噪声因数的计算,同时给出了一定条件下MCP噪声因数的简化解析表达式。     

城市车辆流分布模型及道路交通噪声预报的研究

本文将道路中通行的各种车按其发出的噪声级的高低分成四个等级。提出以每小时900辆的车流量为限,车流将分别服从“泊松”及“正态”分布。对车流较大,服从“正态”分布车流。定量地分析出各等车流量与路边统计噪声级的关系,推导出相应的公式。与他人已做过“泊松”分布一起,构成一套完整的路边声级L_(10)预报表。可以做为评价、预测城市交通噪声之基础。经在北京多条道路的实测验证,与实测值很好符合。     

基于噪声模型变换的子光斑质心提取方法

受天光背景、大气湍流强度、信标光回光特性和探测器噪声等因素影响,夏克-哈特曼波前传感器子孔径光斑常存在强度分布不均匀和低信噪比的情况,故子孔径内光斑质心定位不准且波前探测精度下降。提出了一种基于噪声模型变换的子孔径光斑质心提取方法,采用方差稳定变换（VST）将探测引入的泊松-高斯噪声转换为高斯噪声,进一步基于残差反馈优化BM3D策略实现低信噪比子孔径图像的高效去噪。结果显示：所提方法可有效提取低信噪比夏克-哈特曼波前传感器光斑阵列图像中的光斑信号数据,提高了子孔径光斑的质心定位精度和稳定性;相比于传统自适应阈值法等方法,所提方法在子光斑图像峰值信噪比低于6时,可以提升波前复原精度2倍以上。     

模态信息非完备采样对水下声源检测的影响及改进方法

给出了海洋波导中位置未知简谐声源的广义似然比检测器及其理论检测性能.通过对检测器中模态相关矩阵进行特征值分解,将该检测器分解为与各阶特征值相对应的谱成分.推导了各阶谱成分的统计特性并以此获得了谱成分对输入信号的空间处理增益,该增益与谱成分对应的特征值成正比.当模态信息采样不完备时,模态相关矩阵存在部分接近于0的小特征值,相应的谱成分对输入信号的空间处理增益与其余谱成分相比非常小.通过舍去这部分谱成分,提出了有效谱检测器.该检测器在保持其输出中目标信号成分与广义似然比检测器相同的基础上,有效减少了其中的噪声成分,因此,具有比广义似然比检测器更好的检测性能.在典型的浅海环境下进行仿真实验,仿真结果验证了理论分析、推导以及有效谱检测器的有效性,并且表明非完备采样程度越严重,有效谱检测器相对于广义似然比检测器的检测性能提高越显著.此外,有效谱检测器具有比广义似然比检测器更好的数值计算稳健性.     

基于光子计数激光雷达的自适应门控抑噪及三维重建算法

光子计数激光雷达技术具有极高的探测灵敏度与时间分辨率,是极端条件下高精度目标信息获取的重要手段.由于该技术通过探测单光子级的回波能量实现对目标信息的三维重建,因此极易受噪声干扰,导致成像质量严重降低.基于高速电子门控的距离选通技术虽然可以有效抑制噪声,但存在参数设计依靠经验、目标检测区间窄等问题.本文提出一种在宽目标检测区间条件下的目标信息提取及三维重建方法,首先通过对三维回波信息的获取机理及其概率模型进行分析,获取目标信息分布范围并通过算法门控提取有效信息;再采用高效的图像重建算法进一步提升三维重建的质量,从而具有比基于纯硬件的去噪方法更强的抑噪能力.实验结果显示,在平均像素光子数仅为3.020,且信号噪声比仅为0.106的极端条件下,本文提出的目标信息提取方法可将信号噪声比提升19.330倍;再配合高效的图像重建算法,距离图像的重建信噪比相比于传统的互相关算法提升了33.520 d B,大幅提升了强噪声环境下高精度目标信息获取的能力.     

量子拍激光：双模亚泊松光

在Λ型量子拍系统中再引入原子相干，可以产生明亮的双模亚泊松光.运用Scully-Lamb理论计算了MandelQ因子.当相对相位和相对振幅的量子噪声被抑制到真空噪声水平时，平均模呈现亚泊松光子分布；或者当平均相位和平均振幅的量子噪声被抑制到真空噪声水平时，相对模呈现亚泊松光子分布，MandelQ因子的最佳值均可达到-0.5；并且，在上述两种情况下，每个关联自发辐射激光模呈现亚泊松光子分布，MandelQ因子的最佳值均可达到-0.25. 关键词：     

加性和乘性泊松白噪声联合激励下光滑非连续振子的随机响应

利用广义胞映射方法,研究了加性和乘性泊松白噪声联合作用下SD振子(smooth and discontinuous oscillator)的随机响应问题.基于图分析算法,获得确定SD振子的吸引子、吸引域、域边界、鞍和不变流形等全局特性.基于矩阵分析算法,计算了SD振子在泊松白噪声激励下的瞬态和稳态响应.结果表明:随机响应的概率密度函数演化方向和确定情况下的不稳定流形形状之间存在密切联系.蒙特卡罗模拟结果表明,所使用的方法是有效且准确的.     

电磁场与等离子体互作用和广义压缩相干态

本文用量子力学方法研究在一腔中的等离子体与电磁场的相互作用,求得系统的哈密顿量的本征值和本征态,这本征态是一种广义压缩相干态。还求得在广义压缩相干态,场的压缩、反聚束、亚泊松统计等效应以及测量相算符的有关公式,这些效应均为时间守恒的。 关键词：     

受驱动的关联发射激光:双模亚泊松光

如果在关联发射的基础之上再引入原子相干，这样的系统可产生明亮的双模亚泊松光。运用Ｓｃｕｌｙ－Ｌａｍｂ理论计算ＭａｎｄｅｌＱ因子，一方面，当相对相位和相对振幅的量子噪声被抑制到真空噪声水平时，平均模呈现亚泊松光子分布；或者当平均相位和平均振幅的量子噪声被抑制到真空噪声水平时，相对模呈现亚泊松光子分布，ＭａｎｄｅｌＱ因子的最佳值均可达到－０．５。在上述两种情况下，每个关联发射激光（ＣＥＬ）模呈现亚泊松光子分布，ＭａｎｄｅｌＱ因子的最佳值均可达到－０．２５。     

固态图像传感器的电离辐射响应均匀性

研究并对比了6类电荷耦合器件和互补金属氧化物半导体图像传感器的辐射响应均匀性。设计辐射实验,对像素阵列中响应信号在不同统计区域内的像素值增量平均值和非均匀度进行分析与讨论,重点研究了各类固态图像传感器像素阵列全局、区域和代表像元的辐射响应均匀性。实验结果表明:在稳态γ射线辐射场辐照条件下,帧图像中的响应信号增量并非固定值;像素阵列各区域内响应信号的均匀性不因辐照剂量率的变化而变化,对于相同的图像传感器,辐射在任意帧图像中产生辐射响应信号的分布与像素阵列中任意像素在多帧图像中出现辐射响应的分布相同,但由于传感器的本底噪声存在差异,单个像元、区域像素的统计结果与全局存在偏差。本研究为提高基于图像传感器的γ射线辐射探测技术,实现无遮光条件下在线辐射探测提供了理论依据和数据支持。     

多车道多车种随机车流量噪声的预报方法

本文将道路中通行的各种车按其发出的噪声级的高低分成四个等级,当车流量较小时,将各等级车,车流量看作复合泊松流,定量地分析出各等级车车流量与路边统计噪声级的关系,推导出相应的公式,给出根据各等级车,车流量对路边L_(10)、L_(50)、L_(90)声级的预报表。这就对多车道多车种随机车流噪声的预报提出一种简便实用的方法。经过北京市九条道路交通噪声的实测检验,证明预报值与实测值能很好地符合。     

光场算符n次幂叠加激发混沌场的量子特性

构造了光场算符n次幂叠加激发混沌场,采用数值计算方法研究了该量子态的压缩效应、反聚束效应和统计性质,讨论了混沌场平均光子数、算符叠加系数及其幂次n对量子特性的影响.研究结果表明:光场算符n次幂叠加激发混沌场不呈现压缩效应,但呈现出反聚束效应和亚泊松分布性质,并且随平均光子数增大,它的反聚束效应和亚泊松分布性质减弱;随着算符组合部分中产生算符的比重增大,光场反聚束效应和亚泊松分布性质增强;随着算符幂次增大,亚泊松分布性质加强.     

基于块匹配的低光度图像对融合方法

针对低光度条件下长曝光图像与短曝光图像的融合问题,提出了一种基于块匹配的图像融合方法,将低光度图像对融合成为一张更好的图像.首先提出基于金字塔多尺度模型的双向鬼影检测算法,该算法降低了噪声和欠曝对鬼影检测的影响,用于准确检测低光度场景中图像对之间由于物体运动造成的不一致区域;随后利用块匹配算法重建鬼影区域;最后运用改善边缘特性的泊松融合算法提取两次曝光图像中的信息生成结果图像.实验结果表明,该方法有效地保留了短曝光图像的边缘锐度,并保持了长曝光图像的色彩、亮度和细节.     

基于Rician分布的散斑噪声的超声图像模拟算法*

为了衡量各种去噪算法的性能,在干净无噪声的图像上添加接近真实且可控的散斑噪声是非常重要的,提出一种基于Rician分布的不完全发育的斑点噪声的超声图像模拟算法。该算法考虑到了声波区域中包含孤立的强散射体的情况,同时结合了超声成像的扫描过程。以合成图像和肾脏图像为体模进行了模拟实验,并对最终生成的伪超声图像进行了噪声分布统计及拟合检验。实验结果表明该算法生成的伪超声图像在视觉上和理论上都接近真实的超声图像。