数字显微全息中颗粒重建数值模拟

采用数值模拟方法研究了颗粒空间位置及间距对显微全息测量结果(颗粒位置和粒径)的影响,分别考察了颗粒在平行和垂直光轴方向上,电荷耦合元件(CCD)平面内不同间距和不同粒径情况下的颗粒重建结果,讨论了灰度阈值对颗粒识别的影响,并结合实验对实际拍摄得到的颗粒全息图进行重建分析.结果表明:在垂直光轴方向上,当记录距离分别为5、50、100μm时,可以识别出粒径均为1μm的双颗粒的最小间距分别对应为1、2、2μm;在平行光轴方向上,记录距离分别为5、50、100μm时,可以识别出粒径均为1μm的双颗粒的最小间距分别对应为2、8、16μm;在重建过程中,灰度阈值应设定为不小于0.5.     

高分辨率数字全息相衬成像技术

采用傅里叶频谱对数方法进行自动聚焦,建立一套显微数字全息记录光路.提出综合利用自动相位补偿程序和手动调节记录参量的方法,对强噪声干扰的全息图进行数值重建,得到美国空军分辨率测试板准确的相位像,实现横向大于2.38μm、轴向不超过10 nm的成像分辨率.实验结果表明,在强噪声情况下,利用自动相位补偿方法只能得到粗略的记录参量;要获得准确的相位信息,必须手动精调.记录高质量数字全息图是数字全息技术的关键.     

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。     

基于CCD、EALCD的数字全息再现研究

提出一种新的数字全息再现方法,将电耦合器件CCD与电寻址液晶EALCD相结合用于数字全息的再现.不仅避免了传统的全息记录材料显影、定影等过程,也避免了材料非线性记录等缺点,并可以实现普通的数字全息较难实现的基于位相移法的三维测试.为了验证该方法的实用性.对CCD记录的傅立叶变换全息图和计算机生成的傅立叶变换全息图的再现进行了实验研究,实验结果表明,CCD与EALCD相结合,不但可以实现数字全息图的光学再现,而且可以实现全息图的实时再现,可应用于数字全息干涉测试.     

数字像面全息双曝光法测量物体位移的研究

采用数字像面全息图与双曝光干涉法相结合测量物体位移,有效地增强了物光强度.提高了干涉图像的对比度,得到了清晰的干涉图像;并将面阵CCD与电寻址液晶EALCD相结合用于全息再现,成功地避免了传统的全息记录材料显影、定影、全息图复位过程以及材料非线性记录等缺点,取得了较好的实验效果.     

一种强度测量重建波前畸变的新方法

针对电场的空间位相分布,用2个图像探测器分别记录物光波强度、参考光波强度和2次全息干涉图强度,利用全息记录原理和菲涅尔变换提出了一种重建位相畸变新方法。数值模拟结果表明,该方法重建的位相畸变与原始值符合;误差分析表明,重建位相畸变时距离测量要求非常严格,而对位相延迟片和图像探测器要求较为宽松。     

利用距离复用实现多幅图像的同步加密

为了同步加密多张图像,实现数据高效、安全的加密传输,提出了以衍射距离为复用参数,将多幅图像同步记录到一张全息图中。加密过程的同步性是基于光学全息扫描技术（Optical Scanning Holography, OSH）实现的。利用计算全息实现OSH,对多幅图像进行一次性扫描和加密。在解密过程中,利用逆问题建模,通过正则化求解重建多幅图像,完成多图像同步提取。数值实验部分,验证了该算法的可行性和鲁棒性。实验分析部分,展示了算法较好的重建质量及较高的安全性。     

单波长激光实现三维真彩色彩虹全息图的记录

提出一种新的利用单波长激光记录三维物体的真彩色彩虹全息图的方法,此方法仅需用一般彩虹全息的光学元件,从物体的多波长真彩色彩虹全息图出发,利用光路可逆,自动解决了真彩色全息图单波长记录时三原色像的准确对位问题。此方法简单经济,在三维真彩色全息印刷上有良好的实用前景,实验获得了满意的结果。     

一种适合于昏暗光线下的驾驶员脸部定位方法

采用CCD摄像机获得驾驶员脸部图像．由于黑天光线不足,肤色较暗,在将彩色图像转变为黑白图像的过程中,首先通过腐蚀和膨胀结合的方法去除图像部分的噪声．采用图像差异的阈值处理方法,初步选定灰度阈值,再利用二次非线性方程对灰度值进行归一化处理,强化了图像灰度集中各灰度值之间的差异,以此灰度阈值作为分割人脸和背景的界限值,得到图像的灰度直方图,再把灰度直方图向水平和垂直方向投影,获得驾驶员脸部区域,实现对驾驶员面部定位．该方法可以在昏暗光线下,定位人脸区域,有效去除干扰．根据上述算法,进行了不同环境和路况下的监控试验．结果表明：在昏暗光线下,驾驶员脸部定位的平均准确率达到83％,该方法具有实时、准确的特点,为进一步识别驾驶员在夜问是否处于疲劳状态提供重要的判断依据．     

一种基于色差灰度图像的足球机器人足球识别方法

针对足球机器人足球识别问题,提出构建R—G色差灰度图像,通过灰度阈值分割和消除小面域,较好地实现对Robo—Cup中型组规定比赛用球的快速准确识别。同时,针对比赛环境中场外与足球近似颜色物体的干扰,结合全景图像特征,采用目标面域大小和图像坐标系下的像素距离构建阈值滤波,较好地解决了场外物体对目标足球识别的干扰问题。     

基于四叉树和交叉熵的面向对象图像分割方法

为了解决光照不均的非均匀图像分割问题,提出了基于面向对象思想的图像分割算法.针对非均匀图像的特点,以四叉树作为分析结构,在Shannon熵上推导出子集熵与全集熵的关系,作为图像的面向对象描述.基于此关系,充分考虑非均匀图像子集的局部灰度分布,最小化子集与全集的交叉熵,抹去子集的局部灰度偏移特征,从而得到分割阈值与局部灰度分布相关的分割方法.实验表明,相比常用的动态阈值算法,该算法具有运算量少、分割结果自适应性好的特点.     

基于数字全息术的粒径测量的仿真研究

主要介绍了同轴数字全息的基本概念、原理、方法及其在粒子直径测量中的应用,并进行了计算机仿真研究.基于Matlab软件,采用计算机随机生成仿真粒子,然后生成全息图,最后通过数字再现进行粒子直径测量,并与仿真粒子进行了比较,给出了判别粒子聚焦的方法,证明了该方法的适用性.     

摊铺沥青路面集料均匀性数字图像评价方法

为了在沥青路面摊铺阶段对混合料均匀性进行实时评价,实时反馈、指导施工,减少离析现象,运用数字图像处理技术,通过对摊铺沥青混合料图像进行灰度化、滤波、图像二值化等图像预处理,并通过图像集料颗粒面积比验证预处理准确性;以图像中9.5 mm以上颗粒静矩标准差评价摊铺沥青混合料数字图像均匀性,通过计算施工现场采集的1 085张摊铺沥青混合料图像静矩标准差进行试验验证并提出数字图像摊铺沥青混合料均匀性评价指标.结果表明:数字图像处理技术预处理得到的图像中颗粒面积比值与按实际混合料配合比计算的面积比基本相符;通过min-max标准化后静矩标准差的值与对应图像进行对比分析,提出了均匀性评价指标,为摊铺沥青混合料离析检测提供一种新方法.     

New method to quantitatively evaluate the homogeneity of asphalt mixtures

To evaluate the homogeneity of asphalt mixtures,the images of sections obtained by cutting the asphalt mixtures specimen horizontally or vertically were analyzed with digital image processing techniques,and the particle area ratio was achieved by applying sector scan for horizontal specimen and vertical scan for vertical one.The research result indicates that the influence of random distribution of aggregates in cutting the specimen can be eliminated by using colored aggregates to distinguish coarse and fine aggregates and using color threshold to segment the images.Choosing three typical gradations,proving particle area ratio obeying normal distribution and using the variability of particle area ratio as an index,it is feasible to quantitatively evaluate the homogeneity of asphalt mixtures.     

Strain field investigation of limestone specimen under uniaxial compression loads using particle image velocimetry

The particle image velocimetry (PIV) method was used to investigate the full-field displacements and strains of the limestone specimen under external loads from the video images captured during the laboratory tests. The original colorful video images and experimental data were obtained from the uniaxial compression test of a limestone. To eliminate perspective errors and lens distortion, the camera was placed normal to the rock specimen exposure. After converted into a readable format of frame images, these videos were transformed into the responding grayscale images, and the frame images were then extracted. The full-field displacement field was obtained by using the PIV technique, and interpolated in the sub-pixel locations. The displacement was measured in the plane of the image and inferred from two consecutive images. The local displacement vectors were calculated for small sub-windows of the images by means of cross-correlation. The video images were interrogated in a multi-pass way, starting off with 64×64 images, ending with 16×16 images after 6 iterations, and using 75% overlap of the sub-windows. In order to remove spurious vectors, the displacements were filtered using four filters: signal-to-noise ratio filter, peak height filter, global filter and local filter. The cubic interpolation was utilized if the displacements without a number were encountered. The full-field strain was then obtained using the local least square method from the discrete displacements. The strain change with time at different locations was also investigated. It is found that the normal strains are dependant on the locations and the crack distributions. Between 1.0 and 5.0 s prior to the specimen failure, normal strains increase rapidly at many locations, while a stable status appears at some locations. When the specimen is in a failure status, a large rotation occurs and it increases in the inverse direction. The strain concentration bands do not completely develop into the large cracks, and meso-cracks are not visible in some bands. The techniques presented here may improve the traditional measurement of the strain field, and may provide a lot of valuable information in investigating the deformation/failure mechanism of rock materials.     

Simulation of pore scale fluid flow of granular ore media in heap leaching based on realistic model

Two-dimensional images of the granular ore media with different grain sizes were obtained from the X-ray computed tomography.Combined with the digital image processing and finite element techniques,the original grayscale images were transformed into the finite element models directly.By using these models,the simulations of pore scale fluid flow among particles were conducted with the COMSOL Multiphysics,and the distribution characteristics of fluid flow velocity and pressure were analyzed.The simulation re...     

室内悬浮颗粒物分布及输运特性的实验研究

采用大型有限元分析软件ANSYS,对深圳福田大型地下车站主体结构标准段的钢管混凝土柱顶 横纵梁、柱脚 底纵梁以及柱 地下1层梁等节点在梁端及柱端的弯矩、剪力和轴力等荷载作用下的力学性能进行模拟和分析.从钢管混凝土梁柱节点的受力状态出发,分析在梁端及柱端的弯矩、轴力和剪力等荷载作用下节点模型各组成构件（包括柱钢管、梁、加强环梁、承台、抗拔桩等部位）的主应力及切应力分布情况、变形情况和各个截面的内力分布情况等,与各个构件所对应的设计强度值进行对比分析,根据分析结果提出更合理的节点结构设计与加固方案.     

用数字图像处理技术评价沥青混合料均匀性

用数字图像处理技术获得试件截面图像,通过集料的分布状态研究了沥青混合料的均匀性。研究结果表明,使用彩色石料区分粗、细集料,并利用彩色阈值直接分割图像,可以消除在试件截面剖分过程中颗粒位置的随机分布造成的影响;选取5种典型的沥青混合料级配,采用颗粒面积比的变异系数作为均匀性评价指标,能够定量评价沥青混合料的均匀性;对各级配的均匀性指标与各档粗集料分计筛余百分率进行线性回归,其复相关系数为0.976。     

基于双目视觉和灰度差分法的粒径测量方法

提出了一种新的基于双目视觉和灰度差分的粒径测量方法,并开发了相应的查询系统。根据散射光经过微粒后在不同角度时有不同强度的特点,通过布置具有不同拍摄角度的数字相机同时拍摄粒子,获得两幅具有灰度差异的粒子图像。结合图像几何校正、粒子检测、粒子配对等数字图像处理技术实现同一粒子在不同图像中所成像点的配对。配对之后再利用灰度差分法测量粒子粒径。最后使用该查询系统进行了模拟验证和实验验证。验证结果表明:本查询系统能够比较理想地实现不同角度下粒子图像的几何校正;利用校正之后的图像进行粒子配对,获得了较为理想的结果;在选择适当参数的情况下,利用灰度差分法能够初步实现对粒子粒径的测量。     

量测随机延迟下带非高斯噪声的目标跟踪算法

为解决量测一步随机延迟及非高斯噪声条件下战斗机蛇形机动模式转弯角速度辨识问题,更好地实现蛇形机动的稳定跟踪,考虑到目标状态与转弯角速度之间相互耦合的特性,基于联合估计与辨识的思想,依据极大似然准则,提出了一种基于期望最大化的目标状态估计与转弯角速度辨识联合优化算法.该算法主体包含两个部分:E-step和M-step.在E-step,首先,通过充分考虑量测一步随机延迟特性及非高斯量测噪声,重新构造了粒子滤波器的似然函数,进而改进了粒子权重的更新公式,同时,为避免粒子贫乏现象的发生,将粒子群优化算法引入到重构的粒子滤波器当中进一步改进粒子采样过程;其次,将拒绝采样思想引入到后向模拟粒子平滑器当中,并相应地设置拒绝采样终止条件,优化后向模拟粒子平滑器,进一步提高平滑算法的执行效率;最后采用改进的粒子滤波器与后向模拟粒子平滑器进一步获取目标状态的平滑量;在M-step,通过采用牛顿迭代法极大化条件似然函数,从而获得转弯角速度的估计量,用于下一次算法迭代.通过E-step和M-step的不断迭代,进而获得转弯角速度的闭环形式的优化解.仿真实验结果表明,所提算法的目标状态估计与角速度辨识的精度均优越于传统的扩维法.