Principle of MSD floating-point division based on Newton-Raphson method on ternary optical computer

The division operation is not frequent relatively in traditional applications, but it is increasingly indispensable and important in many modern applications. In this paper, the implementation of modified signed-digit （MSD） floating-point division using Newton-Raphson method on the system of ternary optical computer （TOC） is studied. Since the addition of MSD floating-point is carry-free and the digit width of the system of TOC is large, it is easy to deal with the enough wide data and transform the division operation into multiplication and addition operations. And using data scan and truncation the problem of digits expansion is effectively solved in the range of error limit. The division gets the good results and the efficiency is high. The instance of MSD floating-point division shows that the method is feasible.

基于视觉与加速度测量的结构动态位移融合估计

结构动态位移测量与精准估计对于结构安全运营和性态评估具有重要意义.基于计算机视觉的位移监测方法具有精度高、非接触式、成本低、设备安装简便等优点,在实际复杂工程环境中,设备难以架设,视觉测量方法较传统接触式位移监测方法具有明显的优势.图像分辨率和拍摄帧率等因素在一定程度上限制了视觉方法的使用.针对视觉位移测量技术高频振动识别精度低的问题,提出了一种基于视觉与加速度测量的结构动态位移重构方法,通过融合视觉低频与加速度高频振动响应信号,实现结构动态位移精准识别.首先,利用光流法从结构振动视频数据中提取结构位移响应,引入前后向误差与离群值过滤机制,提升特征点追踪精度,避免漂移问题.然后,利用逐次变分模态分解方法分别从视觉位移与加速度二次积分得到的位移信号中提取相应的本征模态函数(intrinsic mode function,IMF)分量.最后,基于互相关函数筛选机制,确定融合模态分量,融合基于视觉测量的低阶IMF与基于加速度测量的高阶IMF,重构结构位移响应.通过一个钢筋混凝土框架结构振动台试验,对提出的位移融合估计方法进行了试验验证.结果表明:与单一视觉测量方法相比,所提出的方法能够更为准确地估计结构动态位移,并且通过引入加速度测量中的动态位移分量,融合后的位移比基于视觉测量的结果具有更宽的频率范围.

基于光流法和无人机的大型风力机结构动力特性测试

针对大型风力机结构以人工检测为主费时耗力且危险的劣势,提出一种基于光流法和无人机的大型风力机结构动力特性识别方法.首先研究无人机空间悬停振动规律,提出基于背景不动点结合自适应比例因子的无人机镜头空间位移补偿方法;其次,使用无人机拍摄风力机结构在摆振与挥舞方向的振动视频,采用光流法对监测点进行视觉跟踪得到其位移响应,并与传统监测方法进行时域与频域信息的对比分析;最后,结合分段监测方法识别风力机结构全局模态振型,并通过振动台试验进行验证.结果表明,背景不动点结合自适应比例因子的位移补偿方法有效地解决了无人机悬停过程中由于振动引起的空间位移漂移影响.结合分段监测方法,利用无人机搭载计算机视觉监测系统可以很好地识别大型风力机结构的模态振型,实现了远距离、非接触、低成本的结构健康监测,可为风力机等大型结构状态评估提供依据.

计算全息补偿检测自由曲面的高精度位姿测量

为实现自由曲面的定位与位姿高精度测量,提出了“光学-机械”基准定位法,建立了位姿测量模型,并对该方法的定位误差和基准选择展开研究。根据三坐标测量机与计算全息提出了“光学-机械”基准定位法。然后,采用球形安装的回射器(Sphere Mounted Retroreflector,SMR)、猫眼、基准球作为基准,基于波像差理论与视差效应分别建立了3种基准的位姿测量模型,得到了位置误差与基准区域波前像差的函数关系,并对3种位姿测量模型进行对比。最后,对3种基准位姿测量方法进行仿真及实验验证,实测结果与模型的残差结果均小于0.05λ,相对误差均小于2.43%,验证了模型的准确性。实验结果表明,当检测距离为1000 mm时,猫眼法的轴向定位误差为24μm;基准球法的轴向定位误差为50μm;SMR靶球法的轴向定位误差为16μm,X,Y方向的定位误差为1μm,滚转角定位误差为3.26″。SMR靶球法的定位误差最小、检测动态范围最大且检测光学元件的自由度最多,更适用于自由曲面的高精度位姿检测。

基于云计算平台的光通信网络信道均衡分配方法

以降低光通信网络干扰程度、实现信道均衡分配为目的,提出基于云计算平台的光通信网络信道均衡分配方法。构建基于云平台的光网络通信数据交互模型,使用改进粒子群算法计算光通信网络信道节点适应度函数值,选取光通信网络信道内连通性节点,求解信道动态邻域决策函数,实现光通信网络信道均衡分配。实验结果表明:该策略具备可靠性较强,可均衡分配聚集的光信号,使其呈现小堆聚集且规则分布状态,实现了信道均衡分配;该策略有效提升了光通信网络的吞吐量,降低了光通信节点对网络产生干扰程度。

基于计算机视觉的建筑结构位移鲁棒性测量

传统的接触式建筑结构位移监测技术具有安装过程复杂和耗时等缺点。计算机视觉相较于传统的接触式位移监测,具有高效、成本低等优点,但大多数的计算机视觉技术在运用的过程中需要在结构上安装靶点才能实现相对准确的监测,而一些大型建筑由于结构造型等原因,给靶点的安装带来一定困难,进而影响视觉技术的准确性。针对靶点安装的难题,文章在现有的研究基础上,提出一种无需安装标靶改进的稠密光流算法,结合Python-opencv软件进行算法的编译,通过对模拟位移图像进行像素位移识别,与开源DIC算法计算结果对比验证,结果表明,稠密光流算法较开源DIC算法在计算速度上提升了40%,两种算法的位移误差在0.1%以下,并具有较好的鲁棒性。因此,本文所提出的无需靶点的算法对于一些安装靶点困难的大型建筑具有重要的参考价值。

基于计算机视觉的公路栈桥位移识别方法

为破解传统接触式位移传感器在实际工程中受到可达性差和设备架设等问题的制约,利用基于HSV阈值分割和Sobel边缘检测算子改进的分段光流算法实现了结构位移的远距离、非接触鲁棒测量,并结合背景点降噪技术开发了1套基于计算机视觉的位移信息遥测系统。首先,对采集到的图像进行了HSV阈值处理,将目标颜色提取出来,结合高斯滤波器和Sobel边缘检测算子提取了目标的边缘特征向量。利用分段光流算法对边缘特征进行了识别和追踪,从而获取了目标的像素位移。为了减少干扰,引入背景点降噪技术,以得到结构的真实位移变化。为验证该系统的性能,进行了2组试验。其次,在实验室中以1座简支钢-玻璃人行桥作为试验对象,与激光位移计所测数据进行对比分析,验证了系统在室内环境下的测量精度。然后,在兰州市某跨黄河贝雷梁钢栈桥上进行了室外试验,与挠度仪所测数据进行了对比分析,结合背景点降噪技术验证了系统在室外环境下的工作性能。结果表明:在实验室环境下,该系统的位移测量最大误差为0.87%;在室外环境下,未经背景点降噪处理时,位移测量的最大误差为3.18%,经过背景点降噪后,位移测量误差减少至1.85%。试验验证了改进的分段光流算法结合背景点降噪技术的有效性,可以有效地减少相机抖动等因素引起的测量误差。

子孔径拼接干涉检测中去倾斜处理技术

倾斜放置对大口径光学元件的检测有很大影响,为了防止在子孔径拼接干涉检测中倾斜所导致的数据丢失等严重后果,并且实现不同次检测的结果可以相互比较,提出了一种软件修正倾斜量的方法。通过对读出的图形数据进行反向倾斜来降低检测中的元件倾斜程度,避免了实际检测过程中手工操作无法达到极小角度修正的困难。通过实验,验证了该方法的可行性和有效性,实现了大口径光学元件正确的子孔径拼接检测,完成了多次检测结果之间的相互比较,结果表明,残差平均值仅为0.12λ(λ=633nm)。

用5种不同的电子光学软件对微波管电子枪进行模拟计算

对TWTCAD微机版、工作站版本、EGUN,CAMEO以及Orprogr电子光学软件背景和特点作 了一个简单介绍,并利用其模拟计算了11支不同结构的电子枪。将计算得到的导流系数、射程和注腰半径与 实验数据列表对比,结果表明:不同电子光学软件计算不同类型电子枪其计算精度也不一样。在导流系数方 面,EGUN和Orprogr的计算精度较高,绝对平均误差分别为7.18%和7.4%;在射程方面,TWTCAD的计算 精度最高,绝对平均误差为5.69%;在注腰半径方面,Orprogr与实验值偏差较大,绝对平均误差为47.43%,而 工作站版本的计算精度最高,绝对误差仅为2.29%。

改进变分光流法并行算法实现

通过天气雷达回波并使用变分光流方法的改进算法对雷达数据进行风场反演,计算回波的光流场变化而得到运动的矢量场。把Horn&Schunck方法和Lucas&Kanade方法结合在一起,加入高阶平滑项,再运用九点平滑算法得到矢量场。外推预报采用Semi-Lagrange方法进行。实验表明,该方法的效果优于Horn&Schunck方法和Lucas&Kanade方法。通过Join-Fork模式运用共享内存处理并行算法实现了大范围三维矢量场的快速计算,其加速比可达5. 05,减少实时业务所需时间。

小位移光流计算的中值公式

光流场反映了图像上每一点灰度的变化趋势,其计算的可靠性和效率已成为运动跟踪领域研究的热点问题。变分方法是用来实现光流计算的主流方法之一,但其计算效率较低。利用对偶方法虽然克服了变分方法中引入小规则参数的问题,计算速度有所提高,但并未有实质性改进。引入了中值公式计算光流,避免了复杂的迭代计算过程,提高了计算效率。首先简单介绍了光流计算模型中数据项和光滑项的不同模型假设,然后利用中值公式计算小位移光流场。通过实验对对偶方法和中值公式的实验时间进行比较,验证了中值公式的有效性和效率。

闪光照相系统的散射分布与降散射的数值模拟

对法国试验客体(FTO)的3m照相系统建模,利用MonteCarlo方法模拟X光子输运过程,得到了系统的散射分布和系统器件对散射的贡献。结果表明后保护锥是系统散射的主要来源,对于任意一点,后保护锥的散射占总散射的75%以上。FTO的散射主要是FTO外层材料和边缘的散射,这部分散射占客体总散射的90%以上。利用坡度准直器对系统散射严重的区域进行的降散射,表明坡度准直器是一个很好的降散射器件,能有效提高图像质量。

角锥棱镜激光谐振腔的基本特性

分析了角锥棱镜对光束的相位变换作用,带二面角误差的角锥棱镜可等效于6块光楔的组合,其楔角的大小和方向由二面角误差决定。对在腔内往返传输的光线在镜面上的位置进行了分析,结果表明:3个二面角误差相同且不为零的角锥棱镜构成的谐振腔为约束非稳腔。用Fox Li迭代法数值模拟得到了不同棱镜二面角误差情况下的谐振模式。模拟结果表明:圆形镜腔情况下基本振荡模式接近于TEM03模的拉盖尔高斯光束;当3个二面角误差不相同时,模式中各个区域的强度分布不对称。采用3个二面角误差基本接近且绝对值较小的棱镜可以提高光束质量。

第一性原理方法研究CdS能带结构

使用基于局域密度近似的密度泛函方法,对立方相和六方相CdS的结构进行了模拟计算。结果表明:2种晶相的CdS不仅禁带宽度非常相近,两者相差8.51%,而且导带边都是由Cd5s轨道贡献,价带边都是由S3p轨道贡献。这种相似的能带结构导致立方相和六方相CdS在可见光波段具有相近的光学性能,从而解释了实验获得的两相混合CdS仍然能够具有较好光学性能的现象。

一种优化梯度计算的改进HS光流算法

HS(Horn&Schunck)方法是光流计算中的经典方法之一。在经典HS方法中,图像中两点间的灰度变化被假定为线性的,而实际上灰度变化是非线性的。因此,在HS算法中最小均方差迭代的最终收敛点会产生偏移,从而导致光流计算结果的不准确。为此,详细分析了灰度估计不准确造成的偏差,提出了一种改进HS算法。实验部分给出了改进算法和其他经典光流计算方法的计算结果比较。实验结果表明,改进HS算法可以得到较好的计算结果,并能明显减少光流计算的迭代次数。

天线近场计算的卷积积分法

本文提出了一种天线近场计算的新方法．文中详细叙述了用于近场快速计算的卷积积分法．并用该方法得到了偏馈反射面天线的近场分布．文中还将该方法的计算结果与物理光学法的计算结果进行了对比，从而验证了该方法的准确性和有效性．

不对称分数傅里叶变换计算全息

提出了不对称分数傅里叶变换计算全息,并给出了相应算法。将输入图像信息分别经过x,y不同方向实施不同级次的分数傅里叶变换,采用迂回位相法对其分数域谱编码,绘出计算全息图。再现时需用两个特定的柱面透镜才能再现出所记录的图像信息,利用其再现方式的特殊性可制成一种安全认证系统,计算机上模拟演示结果表明,利用该方法进行安全认证,在防伪力度提高的同时,实际应用也更为方便,具有很高的安全性。

掺镱双包层光纤激光器典型参数对斜线效率的影响

分析了双包层光纤激光器(DCFL)耦合方程的解析解,并对信号光散射损耗、后腔镜泵浦反射率等影响掺镱DCFL斜线效率的典型参数进行了理论研究。结果表明,斜线效率并不是随着后腔镜泵浦反射率的升高而单调增大,因为泵浦反射率的升高会影响光纤的最佳长度,从而降低斜线效率。所以在优化斜线效率时应该考虑到泵浦反射率和光纤最佳长度之间的匹配。同时,提高纤芯掺杂浓度、减小信号光散射损耗也能增大斜线效率。

用有限差分光束传输法分析过渡波导损耗

为了减小弯曲过渡波导和斜坡过渡波导的功耗,设计研究了几种过渡波导形状函数,并用有限差分光束传输法进行了模拟分析,发现过渡波导形状的选取与坡度和曲折角存在一定的条件关系,经总结给出了该条件关系表达式;并且,在分析计算不同形状过渡波导损耗的过程中,凸现出了有限差分光束传播法在光波导器件及其单元器件模拟分析中的直观性与方便性。

五点约束最小二乘法估计光流速度场

提出一种二维光流场快速计算算法 首先求取当前像素点光流约束线与其 8邻域像素点所对应 8条光流约束线的交点 ;其次从 8个交点中选取几何位置处于中间的 4点 ,即速度处于中间值 ,且相互接近的 4点 ,并以其对应的像素点与当前像素点一起构成 5置信点 ;利用 5置信点的光流约束方程构造一超定的方程组 ;