聚焦口径轴向电磁能的研究

对无效振幅，凹球面相位分布的圆口径天线和矩形口径天线的轴向辐射场进行研究，给出了不同口径尺寸和焦距下的电磁能分布曲线，研究表明：电磁能可以聚焦在菲涅耳区或近区，口径增大时聚焦强度迅速高，长距离的电磁能聚焦必须进行大口径天线的研究和应用。     

自动聚焦系统研究

为了准确地确定聚焦平面位置,对自动聚焦技术中聚焦区域选择、聚焦评价函数的确定和搜索策略等关键部分进行了研究.针对聚焦区域,以一阶矩值为聚焦窗口中心,由具体处理的图像分辨率与图像内容决定聚焦区域范围;针对简单图片序列与复杂图片序列,对各种聚焦评价函数进行了仿真与验证;提出了一种改进的爬山法,充分利用聚焦评价函数指标陡峭区宽度与局部极值因子,同时设置两个搜索斜率阈值,为自适应修正搜索步长奠定了较好的基础.结果表明:Laplace聚焦评价函数与SML聚焦评价函数各方面性能优于其他聚焦函数;本文提出的搜索方法可以准确地搜索到焦平面的位置,可为后续基于图像分析操作的工业化与自动化奠定良好的基础.     

微柱形聚焦测井响应特性分析

为了分析微柱形聚焦测井响应特性,根据微柱形聚焦测井测量原理,利用有限元方法,在三维介质中建立地层模型,分别研究微柱形聚焦测井在地层中的电压电流分布、回路阻抗、仪器常数、径向探测深度和纵向分辨率等响应特性。研究表明,仪器金属外壳对测井响应有一定的影响;三个纽扣电极的测井响应对地层电阻率的敏感度非常好,而且具有很好的线性度;测量的三条电阻率曲线径向探测深度浅,能反映冲洗带的特性,径向分布均匀合理;纵向分辨率高达2cm,有利于薄层评价。     

浅海运动目标辐射声测量距离内声聚焦特性研究

随着影响目标辐射噪声测量诸多因素的解决,声聚焦对测量精度的影响已显得比较突出.研究了浅海近场声聚焦特性对同标辐射噪声测量结果的影响.在射线理论基础上,推导了声压场和质点振速场的数学表达式,建市了基于虚源法的浅海矢量声场计算模型,并将声场计算模型应用于宽带声源信号矢量声场计算中.比较分析了理论仿真计算和湖试结果,验证了浅海近距离矢量声场计算模型的正确性,进一步探讨了浅海声场聚焦特性以及如何减小声聚焦对目标辐射噪声测量的影响.     

径向偏振光束的聚焦整形及应用研究

针对径向偏振光束进行聚焦整形的问题,通过调整入射光束的参数、透镜的数值孔径以及衍射光学元件的结构,对调控光束聚焦场的强度分布进行了理论分析,提出了一种利用衍射光学元件对径向偏振光束进行聚焦整形的方法。结合实际应用的需求,设计了2种衍射光学元件,实现了超小光斑及长焦深和光链结构的聚焦场分布。数值模拟结果证实了设计的合理性。     

数字全息显微中的自动聚焦

为实现快速、准确的自动聚焦,采用理论分析和实验验证相结合的方法,对显微数字全息自动聚焦所采用的数值重建算法、全息图零级谱滤除和聚焦评价函数等相关问题进行了研究。结果表明:菲涅耳变换重建算法完全可以用于数字全息自动聚焦中;全息图零级谱的滤除使得基于菲涅耳变换算法的自动聚焦过程无法实现;灰度方差函数、傅里叶频谱加权对数函数和标准偏差相关函数可以有效地用于显微数字全息数中的自动聚焦,其中傅里叶频谱对数函数计算时间最短,是首选的聚焦评价函数;利用再现像光场中部分区域作为聚焦判断依据,可以大大缩短自动聚焦时间。     

聚焦探头水浸检测下的频域合成孔径聚焦技术

为了满足自动化在线定量超声无损检测(UNDT)的应用需求,解决传统相移频域合成孔径聚焦技术(SAFT)以平面探头为基础而难以适用于聚焦探头所存在的问题,开展应用于聚焦探头水浸检测的频域SAFT成像技术研究.在分析传统相移频域SAFT成像原理及建立其与时域SAFT方法等效关系的基础上,通过分析聚焦探头在焦平面前后的声程与平面探头的异同,利用上述等效关系将2种探头波达时间的差异转换为频域上的相位补偿,推导聚焦探头水浸检测信号的相移逐层递推公式,发展出一种适用于聚焦探头水浸检测的频域SAFT成像技术.仿真与实验研究表明,采用该技术解决了传统相移方法直接应用于聚焦探头水浸检测所存在的过矫正问题,在聚焦探头水浸检测中应用,具有高横向分辨率和高实时性的成像能力.     

PCNN与粗集理论用于多聚焦图像融合

现有技术不能保证获取图像时,对图像每个位置都具有同样的聚焦效果,这样便产生了多聚焦图像的融合问题,它包括如何进行多聚焦图像像素分类及采取何种融合决策。该文结合脉冲耦合神经网络(PCNN)模型和粗集理论,对该问题进行尝试性研究,提出了一种新的多聚焦图像融合算法。首先计算原始图像的清晰度,将清晰度矩阵送入PCNN进行处理,然后根据粗集理论对原图像像素进行分类处理,最后生成融合图像。仿真结果表明,该算法在一定程度上优于其他传统算法。且具有较好的抗噪性能。     

基于无监督深度学习的多聚焦图像融合

摄像机镜头受景深限制,不能同时聚焦距离差别较大的不同物体,导致单次曝光的图像聚焦处图像清晰,未聚焦处图像模糊。为了将多幅不同聚焦情况的图像融合成为一幅全清晰图像,文章提出了一种基于自编码器的无监督卷积神经网络,网络以融合图像与输入图像的结构相似度为目标,增加局部信息加权值,以融合后图像能最大程度地获取原始图像中的有效信息构建损失函数,最终训练网络进行图像融合。该方法在公共基准数据集上取得了较好的表现,与多种方法相比,融合结果的客观指标与主观感受均有明显的提高。     

椭球反射罩聚焦特性实验研究

曲面障板反射是水声工程中汇聚声波能量、提高传播距离的有效方法之一,而椭球反射罩的聚能效果最为明显。文章分析了椭球反射罩的聚焦原理,建立了基于水下等离子体声源和椭球反射罩的聚焦声场产生和实验系统;开展了椭球反射罩聚焦声场实验研究,从声轴和焦平面2个方向研究了声脉冲波形、峰值压力与声场位置之间的关系,得出了椭球反射罩聚焦声场的分布特性,量化评价了椭球反射罩的聚焦特性。实验结果表明,椭球反射罩聚焦增益大于20 dB,第2焦点处的峰值压力约23 MPa,声压级达267 dB。     

Propagation properties of a non-canonical vortex beam in a high numerical aperture system

A non-canonical vortex is an optical helical phase structure with the same topological charge of a canonical vortex but different phase distributions. Based on the Richards&Wolf vectorial diffraction theory, the expression for the strongly focused, linearly polarized non-canonical vortex beam is derived, and its propagation properties are studied numerically in the focal region. It is that the transverse focal shift does not only occur in the strongly focused, off-axis (or on-axis) canonical vortex beams, but also can be seen in a strongly focused, non-canonical vortex beam. The transverse focal shift in these two fields have the same form, but the factors influencing them are quite different. It is also demonstrated that because of the transverse focal shift, if both the semi-aperture angle and the phase distribution factor meet a certain requirement, the total field intensity pattern in the focus region can rotate clockwise in the propagation direction, while the intensity maxima will also rotate 180° from the negative half space to the positive half space. The result will provide a new way for controlling the field distribution in structured fields, which may be applied in optical tweezers.     

四波干涉形成光学涡旋

应用四个相对于z轴对称的平面波相干涉,形成具有规则分布的涡旋列．这些涡旋列在垂直于z轴的不同平面上具有相同的位置,即使存在噪音,这样的分布也能得到准确的涡旋点位置．给出了产生涡旋列所需的初始位相条件,计算出了涡旋的列间距并分析了与波矢的关系．在涡旋的局部性质中,给出了用这种四波干涉的方法所形成涡旋的拓扑荷数,以及以涡旋点为中心某一特定微小半径圆周上的强度。     

光学超晶格中涡旋光的产生与调控

携带轨道角动量的光束,又称为涡旋光,因其新奇的相位分布和物理特性,在光学微操控、超分辨成像、高容量光通信和量子信息技术等领域有重要的应用.涡旋光应用于不同场景需要不同的频率,使用基于准相位匹配原理的光学超晶格作为非线性转换晶体,是获得新频率光源的重要手段.涡旋光与介质的非线性相互作用,不仅要考虑常规的能量守恒和线性动量守恒,还需要关注轨道角动量的守恒问题.本文综述了光学超晶格中涡旋光产生和调控方面的研究进展.通过倍频、和频、三倍频和参量下转换等非线性频率转换过程,可以高效的将涡旋光的工作波长拓展到蓝紫直至中红外波段;通过光学超晶格倒格矢的精密设计,可以灵活调控涡旋光非线性频率转换过程中的轨道角动量转移等.基于非线性全息思想设计非线性光子晶体,可以在频率转换的同时调控光场的波前、相位和振幅等物理参量,从而实现涡旋光束的非线性产生;伴随着超晶格制备技术的突破,调控的维度也从二维拓展至三维.光学超晶格中涡旋光产生和调控的研究,可以加深对轨道角动量这一重要物理守恒量的理解,以及推动相关应用研究的进展.     

一种基于图像处理的舌象采集自动调焦算法

为快速准确地采集到清晰的舌图像,必需智能调整并控制摄像镜头与舌体的位置。提出了影响图像质量的因素,如清晰度、反光比、对中性、阴影比、光照条件、焦距等,以及在调整镜物位置时用到的调焦的方法,并与调焦技术相结合,建立了适合图像质量与镜物距离之间关系的数学模型。自动对焦的过程就是运用爬山搜索算法求取对焦评价函数最大值的过程。传统的爬山搜索算法会受到对焦评价函数局部极值的干扰而不能准确对焦,本研究对每一帧图像先进行预处理,然后采用先粗后精两步法,有效地排除了这种干扰。用VC++6.0编程实现了自动调整采集设备获取质量最佳图片的过程。试验结果表明此方法具有快速、抗干扰强、精确等特性。     

多模光纤耦合LD输出光束的空间耦合技术

为了研究多模光纤耦合LD输出光束通过空间耦合后的光场分布,分析了多模光纤输出端面的光场分布,用光学ABCD矩阵讨论了多模光束通过光学系统的变换特性.并实验测量了通过薄透镜耦合后的光束分布参数,测量结果在束腰附近与计算结果相当吻合;对不同薄透镜的数值计算发现,增加入射光束到透镜的距离,或者使用短焦距的透镜,都能起到压缩光斑尺寸的目的.对于空间耦合泵浦固体激光器的光纤耦合LD的输出光束,使用短焦距的透镜要优于使用长焦距的透镜.     

缸内气流运动及对燃烧过程影响的数值分析

利用数值模拟技术研究缸内气流运动及其对天然气燃烧过程的影响，模拟了带有不同进气道的2种燃烧系统．模拟结果表明：进气过程所产生的气流运动状况影响压缩上止点附近的最终动量矩及涡流运动的中心；缸内涡流运动能够维持到压缩上止点附近，压缩冲程后期燃烧室内湍流强度增大的主要原因是大尺度的滚流破碎成众多小尺度的涡流；缸内涡流中心的位置靠近气缸中心有利于火焰沿径向均匀传播．     

缸内气流运动及对燃烧过程影响的数值分析

利用数值模拟技术研究缸内气流运动及其对天然气燃烧过程的影响，模拟了带有不同进气道的2种燃烧系统.模拟结果表明：进气过程所产生的气流运动状况影响压缩上止点附近的最终动量矩及涡流运动的中心；缸内涡流运动能够维持到压缩上止点附近，压缩冲程后期燃烧室内湍流强度增大的主要原因是大尺度的滚流破碎成众多小尺度的涡流；缸内涡流中心的位置靠近气缸中心有利于火焰沿径向均匀传播.     

滚珠型弧面分度凸轮机构的预紧分析

滚珠型弧面分度凸轮机构在预紧状况下工作,预紧改变了机构的传动性能,预紧量决定了预紧力.针对单圆弧和双圆弧2种滚道截形的弧面分度凸轮,分析了调整中心距和增大滚珠直径2种预紧方法对凸轮机构压力角的影响;从分析机构弹性变形出发,讨论分析了预紧过程中每个构件的变形以及预紧调整量与预紧力、变形量的关系;结果表明:在预紧量一定的情况下,在整个分度期内产生的预紧力是变化的,预紧量和预紧力为非线性关系.分析对机构的安装、凸轮的设计和制造具有指导意义.     

基于相位调整的三维超声微操纵技术

为了将超声辐射力应用到微机电系统领域,以达到对微构件进行无损、非接触遥操纵的目的,开展了三维超声辐射力场合成的理论与实验研究,提出了基于相位调整的三维超声微操纵技术.在研究单个圆形平面活塞换能器声场分布以及声场和辐射力关系的基础上,将以相同频率驱动的4个平面活塞换能器呈正四面体放置,利用声波合成原理获得三维超声驻波场,通过调整各个换能器发射信号相位之间的关系实现对微构件在空间范围内的俘获、移动、释放等操纵.实验结果表明,该技术能够有效地实现对微构件的三维操纵,具有响应速度快、定位精度高、易于控制、操纵范围广等优点     

激光聚焦伺服式轮廓仪聚焦检测信号模型分析

对一种基于激光聚焦伺服式传感器的激光聚焦伺服式轮廓仪的基本原理进行了阐述，给出了整体设计方案，并对测量过程中聚焦检测信号模型进行了分析．结果表明，聚焦检测光路可通过选取适当的参数来获得理想的聚焦检测信号．