基于提升小波变换的矿物油荧光光谱去噪研究

矿物油的使用是造成雾霾等空气污染问题的重要原因。矿物油荧光光谱检测系统光谱消噪处理的有效性和快速性是在线实时监测系统的热点问题。研究应用提升算法小波变换(LWT)矿物油荧光光谱去噪的方法。与传统的离散小波变换(DWT)相比,提升小波变换将现有的小波滤波器分解成基本的构造模块,分步骤完成变换,结构简单,运算速度快。在矿物油荧光光谱去噪过程中具有运算量低、原位运算和便于实现的特点,有效解决了传统小波变换在这方面的不足。提升算法的小波变换、传统离散小波变换和经验模态变换(EMD)分别运用到0#柴油、97#汽油、煤油三种矿物油的荧光光谱去噪中,评价去噪效果指标的信噪比(SNR)、重构均方根误差(RMSE)和波形相似度(NCC)证明了提升方法小波变换用于矿物油荧光光谱去噪的有效性。同时,提升算法变换能提高构造的灵活性和运算的简单性使消噪时间降低62%,证明了提升算法的小波变换运用到矿物油荧光光谱去噪中的快速性,适于矿物油实时消噪处理系统。     

基于多级微镜的傅里叶变换成像光谱仪干涉成像系统分析与设计

为了实现傅里叶变换成像光谱仪的静态化与高通量,提出一种基于多级微镜的时空混合调制成像光谱仪,其干涉系统是利用一个多级微镜代替迈克尔逊干涉仪中的平面镜,其显著特点是无运动部件和限制系统光通量的狭缝,可同时获得目标的干涉图与二维空间图像。该成像光谱仪利用前置成像系统将目标成像到干涉系统的平面镜与多级微镜上,利用多级微镜的结构特点对两成像光束的光程差进行调制,然后通过后置成像系统获得不同干涉级次的目标图像。首先通过对该成像光谱仪干涉系统光谱信噪比的分析,明确了光谱信噪比与图像信噪比之间的关系,确定了多级微镜的特征参数。为了确保每个阶梯面所对应光程差的恒定性,通过对前置成像系统成像过程的分析,确定了前置成像系统像方远心的光路结构;通过对系统视场角与光程差之间关系的分析和计算,确定了前置成像系统的设计指标并完成了光学设计。为了保证后置成像系统不引入额外的光程差,通过对后置成像系统成像特点的分析,确定了后置成像系统双远心的光路结构;通过对系统入射孔径角与阶梯级数之间关系的分析和计算,最终设计出满足系统性能需求的后置成像系统。通过对各单元系统的理论分析与光学设计,为静态化与高通量成像光谱仪的发展提供了一种新的思路。     

基于经验模态分解的SO_2浓度检测信号处理方法

荧光法测量SO2浓度是大气监测中常用的检测手段.双光路技术可以消除光源和光路的噪音干扰,但光电转换器件在激发光照射下产生的背景噪音也会影响定量分析的准确度.本文采用经验模态分解滤波算法降低检测中存在的各种噪音,在实现有效降噪的基础上较好地保存了有用的原始信号.仿真结果表明,针对SO2浓度检测系统,利用经验模态分解去噪后信号的信噪比达到204.273 6,均方误差为0.007 0.与小波去噪法相比,经验模态分解检测效果更佳.最后将经两组不同方法处理后的信号应用于气体检测系统中,实验数据的线性关系更好地验证了经验模态分解方法应用到浓度检测系统的可行性.     

扩频原理在聚合物光纤性能测量中的应用

提出了一种将扩频通信原理用于聚合物光纤性能测量的新方法,使用伪随机序列对注入测量系统的光信号进行调制,实现输入光信号的扩展频带,输出光信号经光电转换后,用伪随机序列对信号进行解扩处理,根据扩频原理,解扩后的信号的信噪比会有较大提高.对测量系统的性能进行了仿真分析并与实验结果进行了比较,结果表明该方法可以精确地测量信噪比低于-20 dB的有用信号波形.     

Minimum SNR and acquisition for bias-free estimation of fractional anisotropy in diffusion tensor imaging - a comparison of two analytical techniques and field strengths

Although it is known that low signal-to-noise ratio (SNR) can affect tensor metrics, few studies reporting disease or treatment effects on fractional anisotropy (FA) report SNR; the implicit assumption is that SNR is adequate. However, the level at which low SNR causes bias in FA may vary with tissue FA, field strength and analytical methodology. We determined the SNR thresholds at 1.5 T vs. 3 T in regions of white matter (WM) with different FA and compared FA derived using manual region-of-interest (ROI) analysis to tract-based spatial statistics (TBSS), an operator-independent whole-brain analysis tool. Using ROI analysis, SNR thresholds on our hardware-software magnetic resonance platforms were 25 at 1.5 T and 20 at 3 T in the callosal genu (CG), 40 at 1.5 and 3 T in the anterior corona radiata (ACR), and 50 at 1.5 T and 70 at 3 T in the putamen (PUT). Using TBSS, SNR thresholds were 20 at 1.5 T and 3 T in the CG, and 35 at 1.5 T and 40 at 3 T in the ACR. Below these thresholds, the mean FA increased logarithmically, and the standard deviations widened. Achieving bias-free SNR in the PUT required at least nine acquisitions at 1.5 T and six acquisitions at 3 T. In the CG and ACR, bias-free SNR was achieved with at least three acquisitions at 1.5 T and one acquisition at 3 T. Using diffusion tensor imaging (DTI) to study regions of low FA, e.g., basal ganglia, cerebral cortex, and WM in the abnormal brain, SNR should be documented. SNR thresholds below which FA is biased varied with the analytical technique, inherent tissue FA and field strength. Studies using DTI to study WM injury should document that bias-free SNR has been achieved in the region of the brain being studied as part of quality control.     

窄带傅里叶变换光谱仪中平稳高斯噪声的理论分析

在本文所研究的空间调制型傅里叶变换光谱仪中, 在窄的光谱带宽内进行探测可以有效提高光谱的分辨率. 为了研究光源辐射噪声对系统的影响, 本文将辐射噪声归纳为一种高斯窄带的平稳随机过程, 利用线性系统分析方法, 根据统计学原理推导了辐射噪声作为随机变量通过干涉系统前后的输入信噪比与输出信噪比. 然后, 对于一个具有窄带矩形光谱的系统进行了计算仿真, 得出了信噪比增益随着光程差在不同自相关度和互相关度取值时的变化情况. 仿真结果表明, 不同光程差下的信噪比增益在相关度空间是一单调的平滑曲面, 增益极值始终沿着相关度圆的半径和周线移动, 并且经过一个光程差又回到初始的位置. 根据对信噪比增益的分析, 可以将噪声的相关度取值控制在某一范围之内, 并作为系统光源设计与测试的依据.     

Phenomenon of Resonance in a Two-Mode Laser with an Input Additive Signal

Exact formulas for the power spectrum and signal-to-noise ratio (SNR) with periodic additive signal are calculated in the linear system. Then the phenomenon of resonance is studied in detail. We show that resonance peak and suppressed valley exist in the curves of the SNR versus the coefficient of self-saturation, the net gain and the cross-coupling coefficient of the laser system.     

用于WDM光网络的一种低串扰无损耗光开关矩阵

提出了一种低串扰无损耗的光开关矩阵.该结构是在扩展Benes（DB）结构的基础上通过改进得到的称为改进的扩展Benes（IDB）结构,并通过进一步的改进得到各级改进的扩展Benes（GIDB）结构.理论分析了IDB结构和GIDB结构中串扰产生的机理和对信号的影响,比较了几种结构的信噪比和光交换容量之间的关系.发现随着光交换规模的扩大,GIDB结构相对于DB结构信噪比明显提高.实验研究了4×4的IDB、GIDB结构中串扰引起的误码率降低以及眼图的恶化情况.结果表明GIDB结构能有效减少串扰的影响.