动背景下基于低秩傅里叶模式重构物体目标检测

依据矩阵的低秩表示可以恢复矩阵主要信息并抑制噪声干扰的原理,提出一种适用于动背景条件下的运动检测方法。在背景建模阶段,采用傅里叶模式将实际场景的视频序列矩阵近似分解成一个背景部分的低秩分量和前景部分的稀疏分量,依据低幅值的傅里叶模式重建背景模型,有效克服动背景引入的背景模型噪声;在前景检测阶段,依据两幅低幅值傅里叶模式的重建图像自适应计算前景分割阈值,有效分离前景和背景。在Changedetection.net的7个数据子集上进行仿真实验,其结果表明,采用所提方法进行运动检测的正确分类百分比指标和处理帧率指标高于常用的VIBE和GSOM方法。

Bragg光纤光栅傅里叶模式耦合理论

建立了Bragg光纤光栅傅里叶模式耦合理论.在分析光纤光栅的耦合模时,发现了耦合模式的振幅系数间存在傅里叶变换关系.推导了将傅里叶变换和模式耦合融合在一起的Bragg光纤光栅反射谱和透射谱的通用表达式.该理论是用傅里叶变换得到Bragg光纤光栅折射率微扰的空域谱,再对该空域谱进行模式耦合分析计算,从而得到Bragg光纤光栅的光谱特性.根据该理论,仿真分析了Bragg光纤光栅的谱特性,与耦合模理论、直接傅里叶变换法进行了对比分析.结果表明,傅里叶模式耦合理论与传统的耦合模理论及实际Bragg光纤光栅的光谱特性一致,具有简单、清晰、直接、精确和分析效率高的特点,可分析任意轴向折射率微扰分布的Bragg光纤光栅结构.

长周期光纤光栅傅里叶模式耦合理论

建立了长周期光纤光栅傅里叶模式耦合理论.在分析同向模式耦合时,发现了同向耦合模式的振幅系数间存在傅里叶变换关系.推导了长周期光纤光栅的同向耦合谱和透射谱的通用表达式.该理论是用傅里叶变换分析得出长周期光纤光栅折射率微扰的空域谱,再对该空域谱进行模式同向耦合分析,从而得到长周期光纤光栅光谱特性的通用表达式.根据该理论模拟分析了长周期光纤光栅在不同长度和微扰幅值时的光谱特性,与传统耦合模理论进行了对比分析.结果表明,该长周期光纤光栅傅里叶模式耦合理论具有简单、精确和高效的特点,与实际长周期光纤光栅的透射谱特性一致.应用该理论可分析无过耦合的任意轴向折射率微扰分布的长周期光纤光栅光谱特性.

结合视觉感知与LBP傅里叶直方图的图像检索

为了有效地提取图像特征以提高图像检索性能,借鉴生物视觉信息处理过程中的提取图像特征,提出一种结合视觉感知与局部二值模式(LBP)傅里叶直方图的图像检索算法.首先根据视觉感知特点,用主分量图作为亮度初级视觉特征,将形状边缘信息融入视觉注意模型,获得改进的Itti视觉注意模型,并基于该改进视觉注意模型得到50个视觉特征图;然后计算每个特征图的LBP傅里叶直方图特征,并将其结合在一起作为图像特征;最后利用局部保持投影(LPP)进行维数约简,获取低维特征用于图像检索.实验结果表明,该算法具有颜色、纹理及形状鉴别能力,能获得较好的检索效果.

高斯变迹光纤光栅谱特性的快速分析

根据傅里叶模式耦合理论,对高斯变迹光纤光栅的折射率微扰进行傅里叶变换,得到其空域谱,再基于耦合模理论对空域谱进行模式耦合分析,首次得到了高斯变迹光纤光栅的解析解。用该解析解可快速分析其反射谱。通过该解析解模拟计算了高斯变迹光纤光栅的反射谱。计算结果表明:用该解析解得出的高斯变迹光纤光栅反射谱与传输矩阵法计算的反射谱是一致的;该解析解的计算效率比传输矩阵法高2 824倍以上,适应于高斯变迹光纤光栅及其掩模板的快速设计或制作中的实时控制。

非匀幅光束在浮雕光栅中的传输特性

利用角谱表示和"逆规则"傅里叶模式理论,研究了非匀幅光束的典型代表TE线偏振高斯光束在亚波长三角形面型浮雕光栅体内的传输.数值分析表明浮雕层内不同透射深度处的光强分布随着透射深度的变化而变化.最后讨论了入射角、周期等光学参数对出射光强分布的影响.这些结论对高衍射效率亚波长光栅的制作和高功率激光光学元件设计等都具有现实意义.

基于波概念迭代法的缝隙加载H形双频天线分析

阐述了波概念迭代法的基本原理,描述了同轴探针激励条件下空域散射算子的表达形式,运用WCIP方法仿真了缝隙加载H形双频天线表面的电场和电流密度分布,分析了该天线的回波损耗,计算结果与参考结论进行了对比,达到了较好的一致性,从而验证该方法的正确性和有效性。

基于ENG-TL零阶谐振器天线的多层波概念迭代法分析

针对有限元法、时域有限差分法具有吸收边界条件的不完整性、计算效率不高等缺陷,引入多层波概念迭代法(multilayer contribution of wave concept iterative process)有效地解决上述问题.利用该方法分析基于ENG-TL零阶谐振器天线的多层模型,通过对激励源所在平面电磁场与电流场的仿真,计算出S参数.该结果与HFSS仿真结果和参考文献结果进行对比,呈现良好的一致性,验证了该方法的准确性,丰富了对ENG-TL零阶谐振器天线的数值研究.

线偏振超高斯光束通过矩形浮雕光栅的传输

利用严格的"逆规则"傅里叶模式理论,研究了超高斯光束在特征尺寸可与波长相比拟的矩形浮雕介质光栅中的传输,分析了光束中心入射角、入射点位置、光束束宽对栅体内光强空间分布及其对称性的影响。最后,数值比较了它们的相对误差为1%时,对光强空间分布形状的影响,结果表明入射点的纵坐标z0的误差可容度最小,束宽w0最大。

正弦光栅标量衍射及等效介质理论有效性分析

利用严格傅里叶模式理论研究了不同基底折射率、入射角度、归一化周期、归一化沟槽深度对正弦型光栅微结构衍射效率的影响,并分析了该光栅的衍射特性.基于标量衍射理论和等效介质理论,分别计算了光栅周期远远大于和远远小于入射波长时,正弦型光栅的衍射效率,并与傅里叶模式理论的计算结果进行比较,分析标量衍射理论和等效介质理论的有效性.结果表明:在垂直入射条件下,当光栅基质材料折射率为1.5时,标量衍射理论在光栅归一化周期大于5时,能够准确计算光栅衍射效率,误差小于3%;当基底折射率增大到3.42时,只有在光栅归一化周期大于10时,标量衍射理论才有效,误差小于5%;当正弦型光栅透射光中只有0级衍射光传播时,等效介质理论能够准确计算其透射率;随着入射角度的增大,标量衍射理论和等效介质理论的有效性都不同程度地降低.

一种新的宽基线图像匹配方法

在宽基线图像匹配中,图像存在3维视角、尺度、旋转和灰度差异.为此,构造了一种新的基于局部二值模式直方图傅里叶特征的特征描述符,并通过对传统宽基线图像匹配算法框架中不同部分算法的对比分析,提出了一种新的宽基线图像匹配方法.首先,提取基准图像和实时图像中具有尺度和仿射不变性的最稳定极值区域,并利用新的特征描述符对这些区域进行图像旋转和灰度不变性描述;然后,根据近邻欧氏距离比值准则提取两图像中匹配的最稳定极值特征区域对;最后,利用顺序抽样一致性算法剔除误匹配特征区域对,估计两图像的外极几何关系,得到匹配结果.仿真结果表明,新算法能够适应待匹配图像间较大的3维视角、尺度、旋转和灰度差异,实现稳定的宽基线图像匹配.

湍流渠道中几何减阻技术及其机理研究

为了研究波浪壁面对渠道中湍流流动阻力的影响规律,将任意形状的波浪壁面表达为一阶傅里叶模式,选取流动方向单位长度渠道作为研究对象,对该模型进行单位化处理,推导了渠道减阻系数的计算方法,通过与 DNS 计算结果对比,验证了本文计算方法具有较好的准确性。通过 Fluent 流场分析软件计算得到不同的波数和幅值模型的压降损失,获得减阻系数随波数和幅值变化规律。选取不同的几何形状进行计算,并与一阶傅里叶模式下的结果进行对比,除具有内尖角壁面模型外,一阶傅里叶模式均可以进行较好的近似。该规律为建立减阻几何形状提供了一定参考。

二维伊辛模型的主成分分析结果的理论推导

在伊辛模型中,主成分分析(PCA)作为一种无监督学习方法被用来鉴别相变.我们理论推导了具有周期边界条件的二维方晶格伊辛模型的PCA结果.根据伊辛模型的哈密顿量和晶格结构可确定样本协方差矩阵的结构,进而可通过解决样本协方差矩阵的特征值问题实现PCA.晶格的所有对称性都隐含在样本协方差矩阵中,其中平移对称性决定了与傅里叶模式对应的特征向量,并且在平移对称性的基础上其他的对称性决定了特征值重数.进而结合伊辛模型的知识,明确了PCA结果的含义.我们的理论推导解释了先前研究中伊辛模型的PCA结果.在理论推导的基础上,我们还进一步挖掘了在伊辛模型中PCA鉴别相变的能力.从机器学习(ML)应用的角度,对PCA结果的理论推导揭示了PCA鉴别相变的机制,这有利于去除ML中的不透明,进而增加对ML在物理学领域的应用的信任.

反射型导模共振滤波器设计

导模共振滤波器由于其高峰值反射率,低旁带反射,窄带以及带宽可控等优良特性引起了人们极大的关注,采用亚波长光栅的导模共振效应可以实现传统基于高低折射率介质的多层膜滤波器所无法实现的特殊功能,在弱调制模式下,其共振带宽可以被压缩到零点几纳米,但是由于介质表面和空气层的菲涅耳反射,使得偏离或者远离共振区时的反射率偏高,根据等效介质理论,亚波长光栅在远离共振区可以被看为均匀的薄膜,本文通过对导模共振光栅进行单层、双层以及三层抗反射设计,有效的降低了导模共振光栅的旁带反射率,从而在可见光波段获得了性能优良的共振滤波器.

光纤布拉格光栅型全光纤声光调制器的特性研究

将光纤光栅的傅里叶模式耦合理论应用于光纤布拉格光栅型全光纤声光调制器的理论分析中.与现有的分析方法相比,该模型算法简单、求解容易,能够快速有效地获得调制器的传输特性.基于该模型,理论分析了超声波频率及声致应变幅度对调制器特性的影响.仿真结果表明,该调制器反射谱的主反射峰与次反射峰的波长间隔与超声波频率成正比,反射峰的反射率随着声致应变幅度的改变而发生周期性的变化.另外,在同一声致应变幅度下,低频超声波调制的光栅反射中存在更多的次反射,光栅反射能量的周期性变化更加明显.实验中,使用频率为885.5kHz的超声波对光纤布拉格光栅进行调制.实验结果与仿真结果相一致.

谐波分离和光束取样集成光学元件强激光近场调制及损伤特性研究

针对惯性约束聚变(ICF)终端光学系统对元件数量及厚度的限制,利用衍射光学元件(DOE)易于集成的优点,可将终端光学系统中实现不同功能的DOE元件集成于一体,以优化系统的结构和性能.为了对ICF终端光学系统集成光学元件在强激光条件下的正常运行提供分析的依据,采用傅里叶模式理论分别对色分离光栅(CSG)和色分离光栅-光束取样光栅(CSG-BSG)集成光学元件内部的近场调制特性进行了模拟计算.计算发现,将CSG与BSG集成以后其每一层的最大调制度比集成以前小10%—47%,但其激光诱导损伤风险和单个CSG一样仍然较多地存在于光学元件分界面附近.另外,通过对CSG和CSG-BSG集成光学元件出射面后1μm近场区域的光场分布和出射后0.001和0.8μm横截面光场分布情况进行的比较分析得出,集成光学元件在实现谐波分离和光束取样功能的同时,几乎没有改变出射光场分布的情况,能较好满足ICF驱动器的要求.

光束取样光栅强激光近场调制及诱导损伤研究

光束取样光栅(BSG)是一种重要的用于光束取样诊断的衍射光学元件.在惯性约束聚变(ICF)终端光学系统中所使用的BSG,强激光产生的近场调制可能导致其自身的激光诱导损伤从而造成元件不能继续正常工作,为了对其在强激光条件下的正常运行提供分析的依据,采用傅里叶模式理论对BSG内部的近场调制特性进行了模拟计算.计算结果表明,BSG基片内部调制度较小,但仍然存在光强分布不均的情况,增加了这些位置产生激光诱导损伤的风险.另外,通过对BSG制作误差分析得出了其近场调制随各种制作误差的变化关系,结果表明BSG刻槽深度误差比占空比误差对光束近场调制的影响更大,但只要刻槽深度误差不超过一定值,其调制度仍然保持在较小的水平,因此BSG仍能较好地在ICF驱动器中工作.

厄米-高斯光束通过正弦和矩形浮雕光栅传输特性的比较研究

使用严格的傅里叶模式理论和反射-透射系数矩阵递推算法(RTCM),对不同阶数的厄米-高斯光束通过特征尺寸与波长可比拟的正弦和矩形浮雕光栅中的传输特性做了详细的研究和比较.结果表明,入射光束的初始场分布和浮雕光栅的结构影响浮雕光栅内的光强分布.矩形浮雕光栅对光束匀滑效果优于正弦形浮雕光栅.

基于低温共烧陶瓷工艺的一种新型层叠式多层结构的波概念迭代方法研究

提出了基于波概念的一种有效迭代方法,详细给出了波概念迭代法(wave concept iterative process)理论推导公式,并用来处理基于低温共烧陶瓷工艺的新型多层结构计算问题,涉及到了混合磁场与电场方程,包括基于一种简单形式的匹配负载模拟上的S参数提取问题.利用matlab语言编写程序,从而确定S参数的频率响应,并将数值结果与仿真结果进行比较,两者呈现出很好的一致性,同时验证了波概念迭代法相对于其他算法的优势所在.