基于线性插值原理的三维发射层析重建技术研究

三维发射层析技术跨越了传统二维层析技术中的“切片”过程,将被测区域作为一个整体进行重建,投影方向及位置不局限在同一水平面内,可以解决实际燃烧场测试中探测器位置受限以及装配误差等问题,对燃烧场的三维成像及测试具有重要意义。针对已有三维发射层析技术中权重矩阵的计算存在数据量大、精度和效率低等问题,在三维空间相机成像投影数学模型的基础上,提出了一种基于线性插值原理的三维权重矩阵计算方法,并结合代数迭代算法实现层析重建。通过数值模拟验证了算法精度,建立了多相机发射层析系统并对燃烧火焰进行三维层析重建。研究结果对提高层析重建精度和效率具有重要的参考价值。     

折反式望远系统全视场全口径偏振特性研究

针对单根光线追迹方法在部分偏振光条件下无法对系统进行全面评价的问题,基于斯托克斯表示法提出了全视场、全口径光线追迹方法,通过对原有折射与反射穆勒矩阵表达式的优化,建立入射光偏振度、光线角度等参量与出射光偏振度的解析关系;理论分析结果表明,入射角与折射角的差值控制在5.7以内,可以有效减少系统对光线偏振度的影响;依据空间目标成像需求设计了集成微偏振片阵列的偏振成像系统,成像分辨率500 km处为0.5 m;采用动态数据交换机制对光学系统进行全视场、全口径光线追迹,得到系统斯托克斯矢量及偏振度的全视场分布,实现对系统任意视场偏振度的标定,提升偏振探测精度。亦可通过任意视场与中心视场偏振度匹配入射光偏振度,反演目标。     

基于光线追迹的长线列摆扫式热像仪在轨几何成像仿真方法

针对卫星发射前在轨数据缺乏导致的无法进行成像质量评估、链路分析及几何处理算法验证等问题,提出了一种基于光线追迹的长线列摆扫式热像仪在轨几何成像仿真方法.首先根据光学系统结构及成像特点,构建了长线列摆扫式热像仪严格几何定位模型;然后,基于姿轨仿真数据、DOM和DEM辅助数据,通过光线追迹及重投影算法实现了像元视矢量的空间...     

红外成像传感器建模仿真方法综述

对调制传递函数法、点扩散函数法、基于图像像素的处理方法和光线追迹法等四种常用的红外成像传感器建模仿真方法的适用范围和优缺点进行了分析和比较,并根据红外成像传感器的特点,得出了将调制传递函数法、光线追迹法和基于图像像素的处理方法相结合的仿真思路。     

一种LD侧面抽运固体激光棒光线追迹的数值计算

介绍了一种LD侧面抽运固体激光棒光线追迹的数值计算方法,并根据光线追迹公式编制了程序,画出了激光棒内光强的相对分布图。从光强的分布图可以看出,激光棒内光强的分布均匀。该程序使用方便、可行。     

光电探测器上多组圆环条纹的现象与机理

在开展激光对光电成像系统的干扰实验时,观察到光电探测器上多组圆环条纹并存的现象,并采用对光学系统拆解、测量、建模重构和光线追迹的方法揭示了每一组圆环条纹的产生机理。首先,对实验所用的光学系统进行拆解,测量各个镜片的曲率半径、厚度、通光孔径等几何结构参数,并采用TRACEPRO光线追迹软件建立了该光学系统的理论模型。基于该光学系统模型,追迹大量光线经光学系统传输后在光电探测器上的能量分布,分析每一种能量组分的来源,发现多组圆环条纹的出现是由于不同激光能量组分的干涉效应而产生的,并揭示了产生每组圆环条纹的对应能量组分。文中的研究结果可为激光对光电成像系统的干扰效果评估提供技术支撑。     

基于CUDA并行计算的空中目标红外辐射成像计算

建立了一种包含蒙皮和尾焰的空中目标红外辐射成像GPU并行计算方法。采用SLG模型计算尾焰辐射气体的红外特性,采用LOS方法求解尾焰红外辐射传输方程,根据本体与三维尾焰的成像几何关系,采用正向光线追迹方法计算蒙皮辐射成像,采用反向光线追迹方法计算尾焰辐射成像,建立了目标投影算法,并在蒙皮投影计算模块和尾焰辐射计算模块采用CUDA并行提高计算速度,实现了探测器入瞳处目标红外光谱图像的快速计算。结果表明:投影成像算法可准确生成设定条件下的目标图像,目标红外图像辐射分布与温度分布一致,尾焰辐射强度计算结果与实验结果符合较好,CUDA并行算法可有效提高程序的计算效率,当计算量较大时,蒙皮投影模块的计算加速可达百倍以上。     

基于ShearLab 3D变换的3维PET/MRI图像融合

为了解决阿尔茨海默病3维正电子发射断层成像(PET)与核磁共振成像(MRI)相同位置强度不同问题,同时保留MRI大脑皮质、脑回沟、海马体等的萎缩情况, 首先将两幅源图像在统计参量图(SPM)中预处理,再利用3维剪切波系统(ShearLab 3D)最优表达高维数据的能力对图像分解,生成低高频子带,并以方差作为阈值将高频子带分为中高频子带。低频子带使用3维扩展的加权局部能量与改进拉普拉斯算子的加权和加权的融合规则,并引入锐化矩阵为权重参量,使融合图像边缘清晰; 中频子带以绝对值为活动度量增强图像的边缘信息; 高频子带以3个3维底层特征加权融合规则增强图像的细节特征。最后,利用ShearLab 3D逆变换获得PET/MRI图像。结果表明,ShearLab 3D变换的融合结果整体优于空域和小波变换;ShearLab 3D方法中将不同融合规则对比分析,该算法融合结果的平均梯度、空间频率、边缘强度、综合熵分别提高了11.09%,22.58%,152.68%,0.58%,解决了边缘模糊、细节不清晰的问题。该研究为PET/MRI图像融合提供了参考。     

基于蒙特卡洛方法的红外光源辐照特性模拟

以红外灯阵列作为辐射热源进行温度环境试验,为通过优化灯阵提高受热平面温度分布均匀程度,需要对红外灯在受热平面上的辐射照度分布进行建模。利用蒙特卡洛方法对发光体上光线出射位置和出射方向进行了随机抽样,确定了出射光线方程。对光线追迹获得了光线在受热平面上的落点坐标。对大量出射光线进行了随机抽样和追迹,建立了受热平面上的光线落点坐标数据库。在受热平面上划分网格并统计各网格内光线落点数量,计算得出受热平面辐射照度分布情况。和实测辐射照度数据相比,本模型可在一定范围有效模拟红外灯辐射照度分布。     

基于结构光标记的光场三维成像技术研究

由于四维光场数据中记录了场景中所有光线的方向和强度,通过对其分析和计算即可获得空间场景中对应点的3D坐标。但是目前对光场数据进行处理所采用的重聚焦和多目视觉方法,由于空间场景中特征较少,导致很难确定光场数据中的对应关系光线,因此,重建获得的3D数据不仅稀疏而且精度较低。针对此,提出了一种使用结构光投影技术对三维场景进行标记,并根据相位标记精确的建立起光线之间的对应信息,最终快速地计算出空间场景3D数据的方法。由于4D光场矩阵中存储的是光线相位而不是传统方法中的强度,并且还记录有不同方向的光线信息,因此,该方法不仅提高了传统光场三维重建的精度,还可以解决以往结构光投影三维测量方法中存在的遮挡和高光反射问题。最后通过实验验证了所提方法的可行性和准确性。     

Numerical study on aero-optical imaging deviations of vehicles at different altitudes

When the vehicle is flying in the atmosphere at high speed, the optical head and the atmosphere will have severe friction, thus forming a complex flow field, which makes the target image shift in the optical imaging system. The influence of altitude on aero-optical imaging deviation is studied in this paper. The geometric modeling and mesh generation of a typical blunt nosed high-speed vehicle were carried out, and the three-dimensional (3D) flow field density was obtained by a large amount of computational fluid dynamic calculation. In order to complete the optical calculation, the backward ray tracing method and the backward ray tracing stop criterion were used. The results show that as the height increases, the imaging deviation decreases gradually, and the imaging deviation slope increases and tends to be flat and close to zero.     

基于3D定位的光纤棒内部缺陷检测方法

为检测和定位光纤预制棒的内部缺陷并提高精度,提出一种光线追踪实现3D精确定位的线激光旋转扫描检测方法.利用光散射原理和暗场成像技术,成像设备采集光纤棒每个旋转角纵截面上缺陷的散射光;原始图像经过图像预处理和图像分割获取缺陷的二维信息;基于折射定律和光线追踪建立缺陷的精确定位模型,消除光纤棒表面折射带来的成像位置偏差;最...     

Exhaustive ray tracing algorithm for microcellular propagationprediction models

A new 3D exhaustive ray tracing algorithm for microcells is presented. This algorithm, based on an intelligent sequence search and Fermat's principle, overcomes some of the limitations of `brute force' ray tracing and image theory     

连续变焦光机系统凸轮轮廓设计

介绍了光学连续变焦物镜的工作原理以及光路计算过程。对绘图法设计凸轮轮廓产生误差的原因进行了简单分析。利用Pro/E设计软件,对凸轮零件轮廓进行了三维详细设计,准确还原了连续变焦光学系统中变倍组和补偿组透镜的运动规律,提高了凸轮轮廓的设计精度。     

毫米波室内传播场景的蚁群优势路径搜索方法

为更高效地实现毫米波室内传播特性分析,提出了一种基于蚁群算法的快速射线追踪方法.该方法利用蚁群分布计算和启发式搜索原理寻找电波传播优势射线路径,并选取室内传播中能量较高的优势射线路径代替所有射线路径进行分析,用于降低算法复杂度和提高执行效率.通过典型室内场景下28 GHz、32 GHz和38 GHz三个频率信道特性的仿...     

复杂城市环境三维高斯波束跟踪预测模型

针对现有高斯波束跟踪预测方法认为绕射效应由波束扩展叠加体现而忽略绕射波束的问题,提出一种基于三维高斯波束的复杂城市环境电波传播损耗预测模型,该模型通过几何光学和几何绕射理论实现绕射波束的跟踪,并应用复射线理论和启发式有限导电率介质劈一致性绕射系数公式实现绕射场强计算.文中还分析了传播距离、反射次数等因素对电波传播预测精度和复杂度的影响.数值仿真结果表明：渥太华城市传播环境下考虑绕射预测精度比传统高斯波束跟踪模型高0.02~2.2 dB,计算效率下降8％~10％;由于反射损耗、传播距离及波束扩展等因素,预测精度在反射次数取12时较高.     

基于快速步进法的三维反射波追踪

引入了一种改进的快速步进算法,对三维复杂介质中反射波进行波前追踪,并利用QT和OpenGL相结合的方法对速度场以及射线路径进行可视化模拟。通过模型仿真,验证了该方法的效率、精度以及可靠性。     

角多路准分子激光主振荡器功率放大系统光束定位误差分配

对角多路准分子激光主振荡器功率放大(MOPA)系统进行物像共轭结构简化.利用传输矩阵和光线追迹,推导出了像传递光路中光学元件扰动与相应像面光束定位误差之间关系式.根据九标度赋值矩阵,采用改进层次分析法确定指标权重系数,得到了影响系统稳定性的光学元件光束定位指标要求.结果表明,光学元件分配指标大小和像传递结构焦距、光学元...