基于支持向量回归外推的统计最优近场声全息研究

通过数值仿真方法,研究统计最优近场声全息中全息面孔径大小对重建精度影响。结果表明当全息面孔径大于重建面孔径2个采样间隔便能获得较高的重建精度,再继续增大全息面孔径也可以提高重建精度,但是趋势变缓。在此基础上,进一步提出了一种利用支持向量回归对全息面孔径进行外推的方法,在不增加测量孔径的前提下,可以通过数据外推增大全息面孔径,提高重建精度。对方形简支钢板辐射声场的仿真结果,验证了方法的有效性。     

Depth enhancement of 3D microscopic living‐cell image using incoherent fluorescent digital holography

Multilayer images of living cells are typically obtained using confocal or multiphoton microscopy. However, limitations on the distance between consecutive scan layers hinder high‐resolution three‐dimensional reconstruction, and scattering strongly degrades images of living cell components. Consequently, when overlapping information from different layers is focused on a specific point in the camera, this causes uncertainty in the depiction of the cell components. We propose a method that combines the Fresnel incoherent correlation holography and a depth‐of‐focus reduction algorithm to enhance the depth information of three‐dimensional cell images. The proposed method eliminates overlap between light elements in the different layers inside living cells and limitations on the interlayer distance, and also enhances the contrast of the reconstructed holograms of living cells.     

非规则结构表面多声源近场声全息方法

为了提高非规则结构表面多声源声场的全息精度,提出基于目标深度识别与球面波叠加逼近的非规则表面多声源近场声全息方法。该方法使用声源空间深度识别理论,确定结构体上各声源的空间位置,在各声源处分别使用球面波的叠加描述空间声场分布,然后结合现有单原点球面波叠加近场声全息法重构声场。为了验证方法的可行性,首先使用所述方法和现有单原点球面波叠加声全息法,分别对径向脉动球与横向振动球组成的不同声场进行全息重构。结果表明,当声源集聚分布时,所述方法与现有方法均能有效全息重构声压分布,重构误差在5%以下;当声源离散分布时,现有方法失效,所述方法能够较准确地给出重构面的声压分布,主要频段内的全息重构误差小于20%。进一步的对比实验表明,在全息重构多扬声器非规则空间分布声场时,使用所述全息方法的重构误差平均下降14.08%,显著提升了多声源非规则空间分布声场的全息精度。     

声场可视化系统中声像阵列空间关系标定研究

在声场可视化系统中,摄像机与传声器阵列的空间位置及角度的关系不准确将导致声源定位出现误差。而目前对于声场可视化系统中的声像阵列空间关系的研究较少,缺少对声像阵列空间关系的简单有效的标定方法。因此,提出了一种可计算任意位置与姿态的摄像机与传声器阵列之间空间关系的标定方法,可有效消除由传声器阵列与相机的空间关系不匹配导致的声源定位误差。通过对已知声源在多个空间位置的声源定位误差进行最小化处理,利用分步迭代计算的方法,分别计算出摄像机与传声器阵列的空间位置与角度,最终得到声像阵列之间真实的空间位置与角度关系。仿真与实际实验均表明本方法可对任意位置与姿态的摄像机与传声器阵列的空间关系进行准确标定,能有效提高声场可视化系统的声源定位精度。提出的声像阵列空间关系标定方法可应用于各种声场可视化系统中,对提高声场可视化系统的声源定位准确度有着积极的意义。     

光学元件表面的数字全息在线检测

针对光学元件表面质量在线检测的特点,设计了基于数字全息的三维再现检测系统.该系统采用离轴光路,避开了被测元件的光轴,在数字全息再现过程中应用倾斜相差补偿技术去除了由于离轴检测引入的倾斜相位畸变.在检测过程中,利用围绕光轴旋转被测元件的方法来改变入射照明光方向矢量和相应的观察方向,实现了多照明矢量合成孔径技术的应用,扩展了系统的检测距离,提高了系统分辨率.同时,多照明角度下检测数据的叠加,还有效地抑制了检测过程中出现的散斑噪声对结果准确度的影响.通过对分辨率板、高精度玻璃反射镜的检测实验,验证了该系统在光学元件表面检测中的作用.当记录距离为40 cm时,其分辨率能够达到10 μm,满足光学元件表面检测的需要.     

基于加密傅里叶变换全息印刷防伪技术研究

在研究双随机相位数据加密技术的基础上,结合印刷技术和全息技术的特点,提出了一种基于傅里叶变换印刷全息标识防伪方法。该方法将二值认证图像经过输入面和频谱面上双随机相位加密模板调制生成的物光,与参考光叠加生成加密的傅里叶变换全息图,该全息图可生成印刷全息防伪标识。通过打印和扫描实验验证了加密的傅里叶变换全息标识,可以通过数字印刷技术印制在证件等印刷品上作为防伪标识,具有重要的实用意义。     

分布源边界点法在声场全息重建和预测中的应用

提出了以分布源边界点法作为声场的全息变换算法,建立了基于分布源边界点法的声全息重建和预测的数学模型。与基于边界元法的声全息重建和预测模型相比,此法避开了变量插值、数值计算和奇异积分的处理,具有计算速度快、计算精度高、计算稳定性好和简单易懂等优点,因此在工程实践中有着广泛的应用前景。     

基于正交球面波源边界点法的声学灵敏度分析

提出采用正交球面波源边界点法作为声学灵敏度算法,计算空间任意点的声学量关于设计变量的灵敏度,克服基于边界元的声灵敏度分析中所固有的各阶奇异积分和非唯一性问题,降低数值处理难度和工作量.提出近场声全息与声学灵敏度的组合分析方法,利用声全息重建出表面法向振速及其导数,然后再进行灵敏度分析,解决表面声学量获取困难的问题.数值仿真的结果充分证明该声学灵敏度分析方法的正确性和可行性.     

数据融合技术在声全息测量中的应用

提出了基于神经网络和证据理论的数据融合技术。首先,根据声全息的测量原理,建立了由传感器子网和融合子网组成的数据融合模型。接着,给出了基于神经网络的传感器子网结构,实现了从目标特征参数到目标类型的映射,得到初步的输出结果。然后,采用证据理论将目标信息融合起来,达到对目标的有效识别得到最后的识别结果。最后,给出了数据融合技术应用于声全息法识别声源的实例计算。实验结果表明:数据融合后的声源识别率为94.2%,比融合前提高了11.7%。该技术减小了由于信息量不足或存在较大偶然误差而带来的不利影响,使声源的识别结果更可靠。     

Reconstruction of the rose of directions from a digital microhologram of fibres

Digital holography makes it possible to acquire quickly the interference patterns of objects spread in a volume. The digital processing of the fringes is still too slow to achieve on line analysis of the holograms. We describe a new approach to obtain information on the direction of illuminated objects. The key idea is to avoid reconstruction of the volume followed by classical three-dimensional image processing. The hologram is processed using a global analysis based on autocorrelation. A fundamental property of diffraction patterns leads to an estimate of the mean geometric covariogram of the objects projections. The rose of directions is connected with the mean geometric covariogram through an inverse problem. In the general case, only the two-dimensional rose of the object projections can be reconstructed. The further assumption of unique-size objects gives access with the knowledge of this size to the three-dimensional direction information. An iterative scheme is suggested to reconstruct the three-dimensional rose in this special case. Results are provided on holograms of paper fibres.