基于NSST和NSGA-III的红外和可见光图像融合

针对图像融合方法容易丢失源图像结构信息的问题,该文提出一种基于非下采样剪切波变换(Non-Subsample Shearlet Transform,NSST)和第三代非支配排序遗传算法(Non-dominated Sorting Genetic Algorithm III,NSGA-III)的红外和可见光图像融合方法.首先,将源图像进行NSST变换得到低频和高频子带图像;其次,针对低频图像,设计了一种新的基于NSGA-III的融合规则,先使用区域能量法对图像进行预融合,以预融合图像作为参考图像,再通过NSGA-III算法进行优化获得融合低频图像;针对高频图像,用绝对值取大规则.最后,利用NSST逆变换重构融合图像.算法性能在TNO数据集上进行验证,并与其他先进的融合算法进行比较,定性与定量的结果均表明,提出的方法目标突出,并保留了源图像更多的结构信息.

PbSe量子点近红外光源的CH_4气体检测

研制了一种新型的PbSe量子点近红外光源,其光致发光谱较窄,能有效匹配气体的红外吸收峰。采用配位溶剂法合成出5.1 nm的PbSe量子点,并将其沉积到Ga N芯片上(沉积厚度为165.5μm),经过紫外光照处理和固化后制成了光致发光的近红外光源。该光源第一激子吸收峰位于1 592 nm,光致发光峰位于1 665 nm,其发射光谱包含了1 625~1 840 nm之间的CH_4气体的全部的吸收谱。利用其进行CH_4气体浓度检测实验,结果表明,系统的检测下限可以达到100×10^(-6),检测误差为2%。这种由PbSe量子点近红外光源构成的新型检测系统具有低功耗、低成本和高效能等优点,将其应用在气体检测中时可以略去滤光片,其在红外气体检测领域中有着较广阔的应用前景。

无衍射J_0光束的理论分析

由同一锥面上的平面波叠加,给出无衍射第一类零阶贝塞尔光束(无衍射J0光束)的解.利用衍射积分理论,导出平面波通过轴棱锥后的光场分布.数值模拟轴上光强和横截面光强的分布,结果证明无衍射光束的最大准直距离的模拟结果与几何光学近似完全吻合.同时,讨论光束半径和轴棱锥棱角对最大准直距离的影响.

PbSe量子点荧光匹配气体吸收光谱方法研究

PbSe量子点（PbSe-QDs）是红外波段的典型纳米材料,其具有大的玻尔半径、小的体材料禁带宽度（玻尔半径是46nm,体材料禁带宽度是0.28eV）,因此,在近红外区域,PbSe-QDs具有强大的尺寸受限效应和较高的量子产出率。本文对不同尺寸的PbSe量子点的荧光光谱特性进行了研究,提出了一种通过调节PbSe量子点的量子尺寸匹配气体吸收光谱的方法。采用配位溶剂的方法制备了尺寸为4.6和6.1nm的PbSe量子点,将该PbSe量子点沉积到GaN发光芯片上并经过紫外光照处理和固化后制成了光致发光的近红外光源,其中4.6nm的PbSe-QDs的沉积厚度为671.5μm,而6.1nm的PbSe-QDs的沉积厚度为48μm。将制成的近红外光源应用到C2H2气体和NH3气体的检测实验中,实验结果表明,通过改变PbSe量子点的尺寸可以调节光源光致发光峰的位置,从而覆盖目标气体在近红外波段的吸收谱线。4.6nm的光源发射光谱包含了1 500~1 550nm之间的C2H2气体的全部的吸收谱;6.1nm的光源发射光谱包含了1 900~2 060nm之间的NH3气体的全部的吸收谱。这种利用PbSe量子点尺寸的可调性匹配对应气体吸收谱的方法是可行和有效的,具有广阔的应用前景。

基于机器视觉的软体纤维丝集束智能计数系统

设计了一种基于机器视觉的可以对软体纤维丝集束实现自动计数的检测系统。系统采用自制半球形LED光源照明,对软体纤维丝集束切片,经显微光学系统放大,再由电荷耦合器件(Charge coupled device,CCD)采集放大图像至计算机,通过图像处理系统计算出集束中软体纤维丝数量,并与标准值比较,自动给出是否合格的判别结果。并提出了一种图像处理方法,该方法首先采用基于区域熵值最大的原则将不同光强照射下获取的源图像进行融合,再对融合后的图像利用自组织特征映射(Self organization feature map,SOFM)神经网络求取分割阈值,然后使用求取的分割阈值作为测度指导源图像实现二值化融合,最后采用基于统计量的边界分离和计数方法实现纤维丝集束的计数。实验证明,该系统检测误差不大于1%,重复测量标准差不超过0.07,实现了对软体纤维丝集束的智能计数。

基于Matlab的灰度直方图规定化实现方法的研究

直方图规定化可以将图像的直方图转化为需要的形状,有目的地增加某个灰度区间的图像,使用户获得感兴趣的信息。本文介绍了直方图规定化的两种经典的实现算法:单映射规则(SML)和组映射规则(GML)的基本原理,并应用这两种算法对实例图像进行规定化处理和比较分析,证明了GML相对于SML的优越性。仿真结果表明,本文所实现的GML算法改进了以往算法中规定化后图像的灰度级与规定直方图的灰度级不能完全近似的问题。

基于PCA与KPCA的基因数据的特征简约

采用支持向量机方法(SVM)对上千维的基因表达数据分析时,算法的运行时间比较长。为了解决这种情况,本文采用了基于主成分分析的支持向量机(PCA-SVM)和基于核主成分分析的支持向量机(KPCA-SVM)两种算法对数据进行降维和分类,既可以整合基因数据的特征信息又可以缩短计算时间。本文比较了累计贡献率不同时两种算法的分类准确率,实验结果表明,PCA-SVM分类准确率与累计贡献率二者之间没有明确规律,KPCA-SVM分类准确率随累计贡献率的降低存在降低或者保持不变的趋势。

“工程光学”课程教学改革探讨

作为测控技术与仪器专业的基础课程,“工程光学”具有理论性强、内容繁多、学生掌握难度大等特点,其教学质量直接关系到后续课程的学习效果,以及学生未来的就业和发展.该文对“工程光学”的教学现状进行了分析,针对目前教学中存在的问题对教学内容、教学方法和考核方式进行了改革.具体方式为:优化教学内容,强化理论与应用的结合;搭建SPOC线上教学平台,丰富教学模式;搭建虚拟仿真实验平台,丰富实验教学资源;注重过程考核,多样化考核方式.实践结果表明,这种改革方式极大地提升了学生的学习积极性和学习效率.

基于MATLAB GUI的光学像差实验仿真平台设计

针对工程光学中的几何像差校正实验进行仿真设计。利用Matlab软件创建和设计图形用户界面(GUI),为界面中的控制组件编写回调程序,对轴向球差和位置色差校正进行仿真。该仿真平台的设计可以直观地观察校正情况,能够更好地帮助研究者仿真模拟所需实验数据,为光学研究提供便利的同时,也给其他领域相关研究提供参考。

大视场纤维丝集束检测系统

设计了一种大视场纤维丝集束检测系统。系统采用环形荧光灯均匀照射透明纤维丝,利用自主设计的高压静电分丝系统将直径为几十微米的细丝集束进行分离,采用步进电机控制摄影物镜进行两次成像,实现了大视场纤维丝的图像采集。为了减少运算量,提出采用多模板、限定搜索区域、减小搜索面积的匹配算法完成了大视场范围内的纤维丝集束图像的拼接,提出的单像素跟踪计数法很好地解决了细丝图像中分叉重叠等问题,实现了大视场纤维丝的检测和计数。测试结果表明,系统测量精度不低于93.3%,重复性平均误差不超过1%。

基于LabVIEW的像差实验仿真平台

针对实际光学系统中存在的像差,基于LabVIEW软件平台,嵌入Matlab Script节点,设计了一个光学像差及校正的实验仿真平台。建立了轴向球差和位置色差及校正的数学模型,进行了具体的实例分析,绘制出了校正前及校正后的像差曲线。该仿真平台具有简洁直观的人机交互界面,可以直观地观察校正情况,深入理解理论知识。

下肢康复机器人轨迹自适应滑模阻抗控制

针对下肢康复机器人训练任务规划和主动康复控制问题,提出了一种能够根据受损患肢病况进行步态轨迹规划的策略,并设计了可实现主动康复训练的控制算法。步态轨迹规划能够根据不同患肢按需自适应调整训练任务轨迹与正常步态轨迹的偏离程度,阻抗控制可以提高训练中受损患肢的主动参与力,自适应滑膜控制可以消除机器人结构模型的参数不确定性和训练过程中因肌肉痉挛等造成的外力干扰,并且对系统的非线性有一定的鲁棒作用。实验结果表明,该方法能够有效地解决不同受损患肢步态康复训练的自适应任务规划和主动康复训练过程中的柔顺运动控制,任务轨迹跟踪精度较高。

基于特征匹配的视频稳像算法

应用电子稳像技术的基本原理,以机载成像设备所摄取的图像为研究对象,实现了抖动视频序列稳像的过程。首先对参考帧图像提取特征点,在当前帧找到匹配的特征点以求取帧间运动矢量。采用Kalman滤波方法对运动矢量进行处理,去除抖动分量,再对参考帧进行逐帧运动补偿。经过穏像前后的视频序列帧间差值对比可知,很好的去除了视频序列的抖动。

基于非下采样剪切波变换的医学图像融合算法

为了解决单一模态医学图像的局限性,提出了一种基于非下采样剪切波变换(NSST)的多模态医学图像融合方法.该方法利用NSST将待融合的医学图像分解成低频系数和高频系数,并利用区域能量加权(WLE)的方法对分解后的低频系数进行融合,使用区域能量和平均梯度加权的方法对分解后医学图像的高低频系数进行融合,采用NSST逆变换重建融合后的图像.选择信息熵、平均梯度和空间频率3个参数作为融合图像的客观评价参数,结果表明,该方法取得的融合结果比离散小波、轮廓波和非下采样轮廓波变换等传统方法更好,计算效率更高.

无衍射J_0光束最大准直距离的研究

本文主要从惠更斯-菲涅尔衍射积分出发推导了无衍射光束的轴上光强和最大准直距离的计算公式,测量了平行光通过轴棱锥后产生的不同传输距离的无衍射光束的光强情况,讨论了不同的棱角的轴棱锥、不同的光阑半径对最大准直距离的影响情况。实验结果显示,当激光光束经过轴棱锥转换后在最大准直距离范围内光强分布近似为贝塞尔分布,符合无衍射光束的特性,由衍射积分理论的数值模拟和几何光学近似得到的无衍射光束的最大准直距离以及棱角与光阑半径对最大准直距离的影响和实验结果基本吻合。

无衍射J_0光束的横向分布特性的分析

利用衍射积分理论,导出平面波通过轴棱锥后的横向光场的分布特性,数值模拟了无衍射J0光束横向光强的分布。实验采用了氦氖激光器作为光源,利用体视数码显微镜即一个体视显微镜加上一个数码相机来得到输出光斑图,并利用matlab将结果进行了进一步的分析。通过实验的验证显示氦氖激光光束通过轴棱锥后产生的光束电场强度的横向分布很集中,中心光斑的能量最强,呈现理想的零阶贝塞尔光,与理论非常吻合。

基于非下采样Shearlet变换与压缩感知的图像融合

针对非下采样剪切波变换(NSST)分解后图像的高频系数数据量较大且具有较大稀疏性的问题,本文提出一种基于NSST和压缩感知(CS)的图像融合算法。算法首先采用NSST对源图像进行分解;其次利用CS算法将NSST分解后的图像的高频系数进行压缩、融合及重构;然后利用"局部区域能量和局部区域方差"联合指导待融合图像的低频系数的融合;最后利用NSST逆变换重构融合图像。由于只需要对高频系数的压缩值进行融合,因此算法可以在不影响图像融合效果的同时加快代码的运行速度。仿真实验表明,该算法不需要原图像的先验知识就可以完成图像的融合,当图像的尺寸较大时,该算法牺牲了微小的融合图像质量,但却可以显著提高算法的运行速度,减小代码的时间代价,降低对硬件系统的要求。该算法对于融合系统的实时性要求提供了一种思路,具有较大的应用价值。

粗糙集连续属性离散化的k均值方法

为在应用粗糙集理论处理数据时,对连续属性进行离散化预处理,采用k均值算法对连续属性进行离散化的方法,将属性无监督聚类成两类.通过在UCI数据库上选取的4组数据进行实验,首先离散化,再通过粗糙集约简,最后使用k NN(k=10)分类器,并和其他两种离散化方法进行对比.研究结果表明:该方法能够提高离散化的效率,降低实验的复杂度,并有效减少断点数.

Bessel光束与平面波相干产生局域空心光束

提出一种利用Bessel光束与平面波叠加得到周期性局域空心光束(bottle beam)的新方法.利用菲涅尔积分衍射理论推导得到Bessel光束与平面波叠加的光场表达式,通过Mathcad软件数值模拟两光场相干叠加的轴向和截面光强分布图,分析入射光束半径对局域空心光束的强度和周期的影响.结果表明:平面波与Bessel光束相干叠加能形成周期性的局域空心光束,随着光束半径的减小,轴上光强的峰值降低,同一段距离内得到的局域空心光束数量减少.

胶片扫描法精测微米光斑

为了精确测量零阶贝塞耳光束的中心亮斑半径,采用彩色反转胶片作为记录媒质,通过滚筒扫描的方法将底片上的图像转为数字图像,在对数字图像做必要的处理后,测量出氦氖激光的零阶贝塞耳光束的中心光斑半径为16.77μm±0.01μm,与理论计算值15.16μm吻合良好。实验结果表明,采用胶片测量微米量级的光斑具有高精度、低成本,可测截面面积大的优点,在1Hz超短脉冲实验中,可以替代甚至超越了常规的激光光束分析仪。