太赫兹近场扫描显微成像的理论模拟研究

太赫兹近场扫描成像系统突破了传统远场光学系统衍射极限的限制,可以实现太赫兹波段的超分辨检测与成像。基于太赫兹散射型扫描近场显微镜的工作原理,建立了一种基于COMSOL仿真软件的太赫兹散射型扫描近场显微镜系统的数值仿真模型,并通过该模型研究了探针由入射光激发而产生的避雷针效应和天线谐振效应,以及探针与样品之间的偶极效应。在此基础上,参照实际的扫描过程,实现了对蛋白分子的近场信号计算以及近场扫描成像。结果表明,该模型可以实现对三维立体物质的近场成像,在研究复杂的三维微纳米材料上具有应用潜力。

基于粒子群优化算法的水源微生物自动识别

水源微生物检测在水源生物安全监测等方面具有非常重要的意义,而传统的显微镜观测等方法存在效率低、需要专业人员操作等不足,为此提出了一种水源微生物自动识别方法。采集水样,并制作水源微生物图像集,编写全自动与半自动两种图像分割算法用于提取目标微生物区域,并提取6种图像特征。基于以上特征数据,研究水源微生物识别模型的优化问题:首先,优化部分特征参数;接着,融合所有特征,建立粒子群优化算法的支持向量机(support vector machine optimized by particle swarm optimization, PSO-SVM)微生物识别模型,并与其他识别算法进行比较。结果表明,相比于其他3种算法,PSO-SVM能更有效地识别各种微生物,其平均识别率达到97.08%。

应用多个非球面优化鱼眼镜头的方法

对于鱼眼镜头一类光学系统,其超大视场的物点对于光学系统的成像,是符合平面对称光学系统的成像规律的。应用LU发展的平面对称光学系统的波像差理论,研究如何在鱼眼镜头光学系统中应用非球面对成像系统进行优化设计。首先,通过计算各个光学面的非球面系数对超大视场光学系统波像差的影响,找到受非球面系数变化影响最大的几个光学面;然后,以这几个面的非球面系数为变量,以光学系统调制传递函数作为评价函数,应用自适应归一化实数编码遗传算法,优化设计鱼眼镜头光学系统;最后,通过实例验证了所提出方法的有效性。所提出的方法可以有效地确定一个或多个最佳非球面的位置,对优化设计鱼眼镜头系统具有指导意义。

基于双目视觉和混合现实的光学手术导航仪

当前手术导航系统在使用时,医生的视线要在显示屏和患者之间来回切换,容易造成医生的视觉疲劳,进而影响手术安全性。针对这种限制,提出了一种基于双目视觉和混合现实的光学手术导航仪,可以在视线不离开手术区域的情况下进行外科手术导航。设计了一种新型虚实配准方案,建立虚拟空间和现实世界之间的映射关系,并通过数据处理单元和眼镜的无线通讯,实现了虚拟模型的实时虚实融合显示。对光学导航仪的精度进行了验证,并对虚拟头骨模型进行虚实融合显示实验。结果表明,虚拟模型和真实模型间的误差在4.5 mm左右,实时帧率在15帧/s左右,验证了系统方案的可行性,展现了临床应用的潜力。

SERF原子磁强计最新进展及应用综述

超高灵敏度磁场测量具有重要的科学和经济意义。利用原子自旋效应进行物理量的精密测量已成为近年来实验物理领域的一种重要手段,其中无自旋交换弛豫(SERF)原子磁强计因其具备的超高灵敏度而备受关注。碱金属气室是SERF原子磁强计的灵敏核心,原子源种类决定了其测量灵敏度的极限。将SERF原子磁强计的研究成果按照碱金属原子源分类总结,分析其研究方法,综述其研究进展以及在实际应用中所取得的突破,对SERF原子磁强计有待进一步拓展的方向和所面临的挑战进行展望,对该领域未来的研究有重要的参考意义与实用价值。

正入射角锥偏振光的失偏测量与纠偏

为解决角锥棱镜失偏效应,提出一种外加晶片的椭圆偏振光纠偏方案。总结角锥实棱倾斜时的修正公式,同时建立角锥在顺、逆时针反射次序下的纠偏模型。分析该模型表明利用两个半波片和一个延迟片可以使角锥的入/出射偏振态保持不变。根据上述模型,用1064 nm波长的激光器,对实棱线竖直摆放的BK7玻璃角锥进行顺、逆时针纠偏实验。光波矢与水平方向的夹角在90°至0°之间变化,以获得不同的线偏振态,经纠偏后最大失偏椭圆率绝对值从35°纠正为5°。对于近圆偏振光,经纠偏后椭圆率从44°下降到40°。

基于VGG16模型的快速闭环检测算法

深度卷积神经网络在图像特征表示方面优于传统手工特征,将其用于闭环检测时还存在计算时间随着数据增长不断增加的问题。为了解决这一问题,提出了一种基于VGG16模型的快速闭环检测算法。该算法使用在ImageNet上预训练的VGG16网络模型提取图像卷积特征,并通过一种自适应粒子滤波方法得到闭环候选帧,以固定运算时间。在主流的闭环检测数据集CityCentre和NewCollege上对此算法进行测试,实验结果显示,该算法在两个数据集上可以分别达到92%准确率下70%召回率和96%准确率下61%召回率,超过了同类算法,并有效解决了计算时间增长的问题。

基于计算全息的圆对称艾里光束的产生

圆对称艾里光是一种特殊的无衍射光束,因其具有突然自聚焦的独特特性,所以备受研究者关注。首先,介绍了圆对称艾里光的基本概念和特性,然后,说明如何获得产生圆对称艾里光的计算全息图和计算全息的实现方式。在实验中获得了光强分布与理论相符,自聚焦效应显著的圆对称艾里光束。相对于常用的傅里叶空间生成的圆对称艾里光,计算全息生成的艾里光具有灵活调控振幅分布的优势。

数字移动终端与数码照相机成像差异

实验比较数字移动终端和数码照相机在影像传感器缺陷、白平衡、动态范围、色彩还原、像面亮度均匀度、典型照度下成像性能方面的差异,并对实验数据进行处理分析,得出数字移动终端与数码照相机在成像质量方面的差异,为摄影艺术,特别是商业摄影提供技术借鉴。实验的检测方法主要参照《GB/T 29298—2012数字(码)照相机通用规范》和《YD/T 1607—2007数字移动终端图像及视频传输特性技术要求和测试方法》。实验结果表明,数字移动终端和数码照相机在白平衡、动态范围、色彩还原、典型照度下成像性能方面存在不同程度的差异。

纳米分辨微小光斑光强分布检测系统设计

介绍了现有的微小光斑测量技术,针对纳米分辨率检测精度要求,对纳米分辨微小光斑光强分布检测技术进行深入研究,设计和构建了具有纳米分辨的微小光斑光强分布检测系统。利用该检测系统进行了低数值孔径弱聚焦下所形成的微光场光强分布检测实验,得到较好的光强分布图。实验结果表明,该检测系统具有可靠性高、稳定性好、便于操作等优点。

改善激光共焦扫描显微镜像质的方法

为解决传统光学显微镜样本上每一点的图像都受到邻近点衍射或散射光干扰的问题,研发了一套基于C#WinForm控制平台进行连续扫描方式的激光共焦扫描显微镜(LCSM)系统,并且成功地对生物细胞进行了扫描成像。针对共焦显微镜图像像质不高的问题,提出合理选取探测器针孔直径,并通过高斯低通滤波、盲解卷积的方法,确保实现高像质。实验结果表明,基于上述方法改进后的LCSM具有较高图像质量,该方法简单易行,便于实施。

轮对轮辋厚度检测中图像配准方法研究

针对轮辋厚度参数的在线检测,提出了基于双相机的轮辋厚度参数检测方法,其中图像配准是影响该参数计算的重要因素。在分析轮对轮廓线图像特点的基础上,提出了利用配准板特征点的图像配准方法,设计了图像配准步骤,采用仿射变换作为图像配准中的变换模型。为保证配准精度,在综合考虑配准板上特征点的数量和特征点的分布的基础上设计了配准板。通过图像配准实验,提取了配准板特征点坐标,求解了仿射变换矩阵。实验表明,该方法的配准精度为2个像素。

LabVIEW Vision在汽车发动机进气管检测系统中的应用

针对汽车发动机进气管中存在杂质及缺陷难以检测的现状,提出了以机器视觉为基础,以LabVIEW的Vision and Motion模块及其附属可视化软件Vision Assistant获取图像信息的检测方法。通过对图像进行预处理、形态学处理、图像分割、高级形态学处理等建立起一个完整的汽车发动机进气管检测系统。实践表明,该检测方法操作合理,检测方便,实用性强,可视化效果好,完全满足检测技术要求。

用LCTF光谱技术提取甘蓝小菜蛾虫害叶片特征波段

利用由液晶可调滤波器（liquid crystal tunable filter,LCTF）和单色CCD相机组成的光谱成像系统对甘蓝正常叶片和遭受小菜蛾虫害甘蓝叶片的光谱特征进行分析,获取了430～720nm每隔5nm波段的灰度值信息,并采用自适应波段选择方法提取出了两种叶片的特征波段,通过欧氏距离聚类方法对所提取的特征波段进行聚类分析。结果表明甘蓝正常叶片在545nm、645nm、650nm、655nm波段具有较大光谱信息量,而虫害叶片在550nm、555nm、575nm、585nm、715nm波段有较大光谱信息量。因此,可以利用LCTF快速地检测出植物是否遭受虫害,为农业虫害检测提供了一种新方法。

织物密度的数字图像检测方法

针对织物的纱线密度检测,提出一种对织物图像,信息进行检测的方法。通过数字相机获得织物图像,对织物图像进行最优二值化处理。利用像素黑白颜色区分织物上的纱线和间隙,通过扫描经线和纬线方向的像素颜色值获得纱线处像素颜色特性,从而计算出经线方向和纬线方向的纱线数目。根据各方向最大像素数得织物的大小,即可得知织物的密度。

基于XML的软件自动化测试

随着软件开发规模的增大、复杂程度的增加,软件测试变得越来越困难。自动化测试能够有效降低软件测试难度,节约大量的人力、物力资源。根据软件自动化测试的概念和基本原理,结合Silk Test测试工具和可扩展标记语言技术,成功实现AutoCAD软件的自动化测试。实验使用了4Test程序语言编写自动化测试脚本,对AutoCAD软件进行了国际化测试与本地化测试,通过运用元素和属性导航来查找信息的测试方法,显著提高了结果比对的效率。依据最终良好的测试结果,对软件自动化测试的必要性进行了分析。

一种微分散射自控测量系统

基于微分散射测量原理,设计了一种计算机自动控制微分测量系统,利用该系统最终能够得到散射样品表面的空间分布情况。该方法不仅能了解样片表面微观特征,而且采用了自控测量系统。微分散射自控测量系统能够减少操控繁琐的步骤并且重复性较好,经验证测量系统的最小可探测光功率可达1.628×10-6 mW,测量的最大误差在±1%范围内。

基于小波熵的微弱磁异常信号降噪处理

针对地下磁性掩埋物检测时,磁异常信号信噪比低的问题,提出基于小波熵的微弱磁异常信号降噪方法。小波变换对弱磁异常信号进行提取的关键在于确定小波系数的阈值。为此,引入反映信号能量分布特性的小波熵概念和一个调节因子,最终确定阈值,利用软阈值方法处理高频系数。通过计算机仿真对算法进行了检验。结果表明:该算法可以有效地提高信噪比,还原原始信号。

常用高精度测量仪测量圆度误差分析

为了研究如何根据现代化生产需要,选择合适的高精度测量设备,现用ADCOLE测量仪、圆度仪和三坐标测量机,就曲轴的圆度进行测量,并进行误差来源分析、不确定度计算及比对。比较在测量某一尺寸时,设备间的差异性及原因。探讨如何兼顾技术性与经济性,进行设备的选择。

图像调焦过程的清晰度评价函数研究

自动调焦是一类建立在搜索算法上的调焦方法,它通过计算机编程对不同对焦位置所成像的清晰度进行评价,利用正确对焦时图像最清晰这个特征找到正确的对焦位置。判断图像对焦与否是通过图像清晰度对焦评价函数/调焦状态评价函数(调焦判定函数)来衡量的。利用每一个调焦判定函数对包含了一组模糊和清晰图像的序列图像进行处理,可以得到对应于相应判定函数的调焦曲线,利用曲线可以非常直观地分析判定函数的性能。结果表明,灰度梯度函数具有比较稳定的调焦特性。