用于多通道单分子定位的高精度图像配准方法

单分子定位技术可以绕过光学系统的衍射限制,在生物样品的单粒子追踪和超分辨显微成像中得到了广泛应用.多通道单分子定位采用多个成像通道,可以实现对不同目标的同时追踪或多色超分辨成像,也可以提升单粒子追踪的轴向深度或实现更高的定位精度和密度.但各通道图像间的差异会影响协同定位或定量分析,因此图像配准是其图像数据预处理的关键环节;且由于单分子定位精度高,其对多通道图像配准精度的要求也很高.现有技术一般采用基于控制点的配准方法,且多采用复杂而精密的方式来获取基准物网格图像用于定位得到控制点对,以实现高精度图像配准,对样品或实验设备要求高,难以直接推广.为此,本文基于局部非线性变换和误匹配点剔除,发展了一种可以直接采用随机分布荧光珠样品作为基准物的高精度图像配准方法,通过在特征匹配和变换模型参数估计的过程中对控制点进行监测和迭代筛选,以剔除因单分子定位不准确或精度差而导致未精确匹配的控制点对,从而消除以随机分布荧光珠样品作为基准物时对于控制点准确获取和精确匹配所带来的不良影响,同时采用基于局部加权平均的二阶多项式拟合进行变换模型参数估计,以更好地适用于不同通道间存在局部非线性形变的情形.结果表明,采用该方法只需要3次迭代,就可以将未准确定位和精确匹配的控制点对找到并剔除,从而实现更准确的变换模型参数估计,将配准精度提高一个数量级,在图像局部非线性形变情况严重的正交像散双通道单分子定位成像系统中实现了约6 nm的配准精度.

一种无偏差的多通道多尺度样本熵算法

多通道数据采集技术的发展为复杂系统非线性动力学特性研究提供了更加丰富的先验信息.然而传统的非线性特征量只能处理单通道数据,无法直接提取多通道数据的非线性特征.近年来,有学者对多尺度样本熵算法进行了一般化处理,提出了多通道多尺度样本熵算法.该算法不仅可以对多通道数据整体的复杂度进行表征,还可以有效提取通道内和通道间隐含的相关性信息.但是,该算法缺乏相应的理论支撑,在实际应用中无法兼顾性能和稳定性.针对以上问题,本文提出了一种无偏差的多通道多尺度样本熵算法,并利用概率论从理论上分析了多通道多尺度样本熵算法不稳定以及性能差的原因.后续的仿真实验证明改进后的算法不但可以有效地提取通道内和通道间的相关性信息,同时在处理复杂数据时表现出了良好的稳定性.该算法为诸如模糊熵、排列熵等非线性特征量的算法一般化提供了思路和理论依据.

一种轻小型遥感相机多通道高速图像传输方案

遥感相机图像传输接口性能是影响相机整体性能的重要指标,为解决多通道相机图像数据传输速率高且同时满足轻小型化需求的问题,文章提出一种高吞吐率、低误码率的轻小型相机多通道高速图像数据传输方案,该方案基于CoaXPress接口采用Aurora 8B/10B通信协议,通过FPGA吉比特发送器(Gigabit Transceiver,GTX)实现4套焦面组件下行的高速图像传输,测试数据率达到13 Gbit/s,同时实现上行21 Mbit/s的相机控制数据率。仿真及测试结果表明:该方案极大地提高了相机的图像数据传输速率,接口电缆数量较传统减少近50%,可满足轻小型遥感相机多通道高速图像传输需求,为各类遥感相机高速小型化提供新的解决方案。

MCJ-UNet:一种双/多通道联合InSAR相位解缠网络

干涉合成孔径雷达(InSAR)可实现地表高程的高效获取,在地形测绘中应用广泛。双/多通道InSAR技术可借助不同通道(基线、频点)的高程模糊度差异,解决相位欠采样问题,完成高程陡变区域的干涉相位解缠,实现InSAR技术在测绘困难区域的有效应用。该文即面向高效高精度相位解缠需求,利用深度学习这一有力工具,结合不同通道的相位特征及相互约束关系,提出了一种双/多通道联合干涉相位解缠网络:Multi-Channel-Joint-UNet(MCJ-UNet)。该网络的构建以双通道(双频、双基线)InSAR为基本观测构型,并可实现向多通道构型的扩展,其构建的核心思路主要包括3点:首先,将干涉相位解缠中的模糊数估计问题转化为语义分割问题,并采用UNet网络完成分割处理;其次,引入挤压激励模块(SE)动态调整信息权重,以增强网络不同通道对其所需信息的感知能力;最后,利用多通道联合约束下的相位残差优化损失函数,实现网络调谐。此外,为避免语义分割结果的边缘细节误差对解缠效果的影响,该文还提出了一种基于多通道联合约束的解缠误差自修正方法,以保证解缠质量。模拟地形仿真数据、真实地形仿真数据以及TerraSAR-X实测数据验证了所提方法的有效性。

电压自校准的高精度多通道应变信号采集模块

针对现有应变采集设备存在采集精度低、测量范围窄、通道数较少、校准繁琐等问题,设计了一种具备电压自校准的高精度多通道应变信号采集模块,模块以高精度模拟调理转换电路为核心,结合电子线路噪声理论仿真与分析,由自校准电路对采集通道进行校准,通过补偿远端传输线的激励电压,实现了48通道大应变信号与差分电压信号的高精度测量。测试结果表明:应变信号测量范围可达±100000με,测量精度优于0.05%FS;电压信号测量范围可达±15 V,测量精度优于±(0.025%RD+500μV),准确度高,具备较好的稳定性和通用性。

基于多通道卷积神经网络的柴油机复合故障诊断

针对复合故障诊断精度较低的问题,开展了柴油机多故障模拟实验,构建了基于AlexNet改进的多通道二维卷积神经网络模型,采用短时傅里叶变换将一维振动信号转换为二维时频图,导入构建的模型进行训练,实现特征自适应提取的故障诊断。将诊断结果与单通道卷积神经网络诊断结果比较发现:单通道卷积神经网络诊断只有在测点设置靠近故障源的情况下才能够获得较高的故障诊断准确率,否则诊断准确率明显降低,且复合故障诊断精度较低;多通道卷积神经网络的单故障和复合故障诊断精度均得到了提升,其中复合故障诊断精度提升了11.4%。

航空锂电池焊缝的多通道多频涡流检测

为了实现航空锂电池极耳极板激光焊缝的高效准确检测,设计制作了带有层析成像功能的多通道多频涡流检测系统.采用该系统及5通道防干扰差分结构涡流传感器对极耳极板焊缝中的局部断焊、整体漏焊、焊缝变形内凹、微小缺陷等典型缺陷进行检测,并基于趋肤效应原理,采用层析成像技术对焊瘤缺陷进行扫查成像.结果表明,研发的带有层析成像功能的多通道多频涡流检测系统可有效检测出锂电池极耳极板焊缝中的多种典型缺陷,最小可检测1 mm的缺陷,层析成像技术可实现不同深度下缺陷的形貌观测.通过对大量检测结果的对比分析,总结了缺陷种类、位置及长度的判别方法,提出了一套缺陷判别流程与评定准则,为实现锂电池极耳极板焊缝检测的工程化奠定了良好的基础.

基于经验小波变换的多通道微弱电流信号噪声控制

多通道微弱电流信号受很多噪声因素的干扰,导致输出的微弱电流信号与原始信号之间的相对误差增加,控制效果变差,为此提出基于经验小波变换的多通道微弱电流信号噪声控制方法;采集多通道微弱电流信号,利用经验小波变换技术分解采集到的微弱电流信号,判断电流信号中是否存在噪声并确定噪声类型;设计微弱电流信号噪声控制器,根据电流信号中的噪声量与噪声类型生成控制指令,对不同通道微弱电流信号噪声进行控制;在两种不同噪声强度的实验环境下,该方法控制下的多通道微弱电流信号信噪比较高,输出信号与原始信号间的相对误差较低,控制任务完成时间更短;以此证明该方法的多通道微弱电流信号噪声控制效果更好,可以广泛应用至电流信号噪声控制领域。

基于多通道的语义信息融合交互方法

提出一种基于多通道的语义信息融合交互方法,使用不同的网络结构来提取原始语音信息、图像信息以及行为信息的语义特征,通过隐马尔可夫模型加强不同特征之间的交互,使用注意力机制建立语义信息融合,捕获了深层语义特征。在IEMOCAP数据集上验证了所提方法的有效性。

基于FPGA的多通道加速度计频率信号采集系统设计

文章设计了一种基于现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)的多通道加速度计频率信号采集系统,以FPGA芯片Artix7 XC7A35T为核心,利用FPGA实现高精度、多通道频率测量功能,通过FT232H芯片将采集数据传输至计算机存储。测试结果表明:该系统可以实现多达12通道的频率测量,测量精度能够达至0.01μs,可以实现10~100 kHz范围内的频率测量,精度可达1×10^(-4) Hz,在整个频率范围内测量精度一致。通过与Keysight 53230A高精度测频仪器数据对比,结果证明系统能够达到等精度测量的目的。

基于FPGA的多通道高速串行数据采集系统设计

针对卫星导航信号抗干扰领域中进行高精度高速多通道数据采集的需要,系统采用ADI公司的16位高速串行AD转换芯片AD9653,完成模数转换,其转换精度可达16比特,转换速率最高为125MSPS。分析AD9653的高速串行数据接口特点,采用Xilinx公司的Kintex-7系列FPGA提供的片同步技术,进行位时钟自适应相位校准和数据帧调整研究,保证了高速串行数据传输的稳定性与正确性。采用内部FIFO数据缓存的方式实现多通道数据的片内同步以保证后续抗干扰算法的正确处理。研究结果表明,使用该方法进行高速串行数据采集时系统稳定可靠、正确无误。为多通道高速串行数据采集提供了一种切实可行的解决方案,对类似需求的数据采集系统具有一定的参考价值。

多通道微创经皮肾镜取石术在铸型肾结石治疗中的应用分析

分析多通道微创经皮肾镜取石术在铸型肾结石治疗中的应用。方法 选取铸型肾结石患者88例,随机均分为对照组以及观察组,对照组实施常规手术治疗,观察组实施多通道微创经皮肾镜取石术,对比治疗效果。结果 观察组治疗效果优于对照组(P<0.05)。结论 多通道微创经皮肾镜取石术在铸型肾结石治疗中可以改善手术指标,提高生活质量评分,建议推广。

一种用于多通道移液装置性能验证的光度法系统

针对多通道移液装置的校准和验证,本文介绍了一种全新的多通道验证系统(MVS),并基于双染料比率光度法,对每个单独通道的准确性和精密度进行测量。实验证明:该系统应用范围较广,校准范围可覆盖(2~200)μL,且结果可溯源至国家标准。同时,基于MVS自身的稳定性和操作的便利性,在实验室环境中可用于对自动移液设备进行验证,确保仪器设备的性能状态。

一种面向航空发动机的多通道力学参数存储测试系统设计

航空发动机测试技术在航空工业中占据重要地位,而发动机的力学状态正常与否直接决定其工作可靠性。针对航空发动机试验中面临的全新要求,为实现对前端力学参数高速有效的采集分析处理,设计了一种基于FPGA的存储测试系统,该系统运用FPGA内部程序并行处理的特点,将AD采集的前端多达63通道力学传感器数据存入大容量NAND Flash芯片,结合千兆以太网的高速运行,将采集到的数据发送到上位机进行实时处理和进一步分析。现场试验表明,该系统能实时有效地监控发动机状态,数据存储准确可靠性高,确保稳定运行。

基于RF与D-S证据理论融合的多通道齿轮箱复合故障诊断

针对齿轮箱复合故障特征难于提取,诊断缺乏自动识别性,且单通道往往无法全面表征故障信息等问题,提出一种基于随机森林与证据理论相融合的多通道齿轮箱复合故障诊断方法。首先通过小波包变换对各通道复合故障信号进行分解,得到故障信号的特征向量;之后引入一种新的特征集组合框架构建针对不同故障的特征数据集,通过随机森林算法划分单个分类模型;接着综合考虑各分类模型,合成每个通道下的集成分类器,并提出一种新的迭代自更新策略不断完善分类器的性能;最后设计一种基于Lance距离的改进D-S证据理论算法,该算法采用Lance距离来度量各空间证据间的证据距离,并构造Lance矩阵,由此获得相似度矩阵来衡量各证据体间的相似程度和支持度,通过计算各通道的敏感度权重系数进行BPA修正,获得最终的诊断融合结果。通过齿轮箱试验平台进行算法验证,结果表明该方法能有效识别出复合故障中包含的每类故障,并能全面融合不同通道的故障冗余信息,实现齿轮箱复合故障的精确诊断。

超宽带多通道接收前端设计与研制

在电子侦察领域,超宽带多通道接收前端对信道接收机起着至关重要的作用。提出了一种超宽带、多通道、低噪声、低灵敏度、大动态范围接收前端的设计方案。通过设计仿真和实物样机的研制测试,验证了该方案的可行性。与传统方案相比,该接收前端样机噪声系数和开关隔离度各提升20%以上,实物尺寸为53 mm×115 mm×9 mm,指标性能达到设计要求。

多断面多通道互联电网广域失步解列控制系统设计及实施

总结分析了多断面多通道区域互联电网失步振荡时可能存在的多断面失步存在选择性、同一断面不同通道失步不同时以及同一断面上部分通道失步特性不明显等特性,针对现有就地失步解列方案不适应上述特性的问题,采用基于就地装置动作允许命令,利用远方通信构建的广域失步解列系统方法,根据考虑解决现有就地失步解列方案问题、与现有就地失步解列功能的配合、系统防误设计以及异常情况下控制策略处理逻辑等主要设计原则,设计并实施了南方电网广域失步解列控制系统。RTDS仿真试验结果表明,该系统能够正确响应,有选择、快速、可靠地采取既定措施同时解列相关断面,有效解决现有就地失步解列方案的局限性,满足实际系统运行需要。

基于傅里叶卷积的多通道语音增强

神经波束形成器(Neural Beamformer)的构建是处理多通道语音增强任务的主要方法之一,其通过求解波束权值对多通道信号进行滤波从而获得纯净语音。与传统波束求解空间协方差矩阵的原理类似,频谱信息和空间线索在神经波束形成器的波束权值估计中也起着至关重要的作用。由于缺乏对频谱和空间信息的充分学习,现有许多工作无法对波束权值进行最优估计。为应对这一挑战,构建了一种基于傅里叶卷积的上下文特征提取器,在频率轴上具有全局感受野,并加入时频卷积模块对时间上下文信息建模,增强对输入频谱图上下文信息的学习;采用了一种新的卷积循环网络(Convolutional Recurrent Network, CRN)结构,其编解码模块中嵌入了所提的上下文特征提取器,并在跳连接中嵌入卷积注意力模块(Convolutional Block Attention Module, CBAM)。所提出的CRN结构能充分从输入特征频谱图中捕获时频上下文信息以及跨通道的空间信息。实验结果表明,该方法参数量仅1.14 M,与目前先进的基线系统对比达到最优性能。

适用于瞬态条件的多通道序列前光成像系统设计

为满足在瞬态条件、不同物距下获得稳定高质量序列图像的成像需求,设计了四通道序列前光高速成像系统。系统采用像空间平行分光,以成像原理为出发点,对系统的设计关键进行分析。以理论计算参数为设计依据进行分镜组(物镜组、场镜及准直镜租、汇聚镜组)设计并分别进行像差独立校正,加入场镜减小系统体积和重量,提升光能利用率,通过视场和光瞳的准确衔接提高光束的传输效果,在此基础上对分镜组进行整合优化,加入分光器件形成最终的四通道序列前光成像系统。设计物距可调光路,使用中通过调节物镜组手轮保证系统在0.5 m~∞物距下的成像质量,同时保持一次像面位置不变,增强系统性能稳定性的同时降低了装调难度。系统可根据实际需要对接收端进行更换,且在分光区域加入分光器件后可拓展至八通道系统。利用装调后的序列前光成像系统进行实验室检测和现场试验,其主要光学性能良好,各通道实测分辨率可达到72 lp/mm,成像一致性大于98%。现场试验结果表明,该光学系统可满足瞬态条件下序列图像的拍摄要求。

阴道多通道柱状施源器旋转的剂量学影响研究

目的:探究子宫内膜癌术后阴道内照射中多通道柱状施源器旋转误差的剂量学影响。方法:选取2022年6-12月北京协和医院收治的18例行子宫内膜癌术患者,回顾性分析采用阴道多通道柱状施源器治疗的患者计划,保持与临床计划相同驻留模式,分别顺时针旋转22.5°和45.0°,模拟临床分次间施源器置入存在旋转误差的状态,分析两种旋转幅度下靶区和危及器官(OAR)的剂量学变化。结果:当施源器旋转22.5°时与临床计划相比,90%靶区体积接受的最小剂量(D_(90))降低了2.03%,差异有统计学意义(t=5.86,P<0.05),膀胱、直肠接受最大照射剂量的2cc体积内的最小剂量(D_(2cc))分别增加2.35%和2.71%,差异有统计学意义(t=-3.49、-2.40,P<0.05);当施源器旋转45°时与临床计划相比,靶区D_(90)降低了5.75%,差异有统计学意义(t=14.07,P<0.05),膀胱、直肠D_(2cc)分别增加6.50%和9.49%,差异有统计学意义(t=-7.72、-6.9,P<0.05);施源器旋转22.5°和45.0°后计划中乙状结肠和小肠的受量与原计划差异较小,且差异无统计学意义。结论:多通道柱状施源器在阴道内照射中可提供个体化的剂量分布,但在患者实施分次治疗时,需关注施源器的置入状态,避免与初始计划中施源器位置产生角度差异影响靶区及OAR剂量。