基于霍夫变换的数字全息粒子尺寸测量

提出一种基于霍夫(Hough)变换的数字全息粒子尺寸测量方法.该方法是先对粒子场全息图的数字再现像进行聚焦像合成、图像边缘提取处理后,再通过Hough变换圆检测得到粒子尺寸大小和位置信息,实现粒子信息的测量.分别对2D粒子场和3D粒子场进行了计算机模拟,并以直径为90μm标准粒子为研究对象进行了实验研究,测量绝对误差为6μm.研究结果证明了该方法的可行性.     

干涉粒子成像技术可测粒径上限分析

从实验上研究了干涉粒子成像技术（IPI）的最大可测粒子尺寸。分析了同一视场中不同物面导致的物距变化对IPI最大可测粒径的影响。搭建了单光束照射的IPI实验系统，对粒子直径为51μm和110μm的聚苯乙烯混合粒子场进行测量，分析了同一视场内不同采集区域的最大可测粒径。实验结果表明，IPI技术最大可测粒径受实验系统物距影响，对于一固定参数的实验系统，同一视场内不同采集区域的最大可测粒径不同。     

双光束照明的干涉粒子成像粒子尺寸测量

设计一种两光束相向照射,在散射角θ=90°方向记录的干涉粒子成像测量实验系统,利用模版匹配相关方法提取粒子两点像的位置坐标,根据粒子像位置坐标,粒子掩模图的形状和大小提取出单个粒子两点像。再对每个粒子两点像进行自相关、Gaussian插值提取两点像之间距离,进而计算得到粒子尺寸大小,其测量精度可达到亚像素精度。对标称值为45 mm的标准粒子进行了测量,粒径测量值为(46.54±0.50)mm,相对误差3.42%。实验结果表明了该方法的可行性。     

云粒子探测器及其标定研究

前向散射式云滴粒子探测器散射光探测效率高、结构简单,是目前50μm以内云滴粒子探测的重要仪器之一。建立了基于前向散射原理的云滴粒子探测器,利用固定于多维调整平台的微米量级的小孔光阑模拟周期性出现于探测区域的小粒子,并沿光轴方向前后平移小孔光阑的位置,获得系统的景深。使用5,10和30μm 3种固定尺寸的标准粒子对系统进行了标定,获得了系统对不同尺寸标准粒子的响应曲线,利用米氏散射原理计算分析了系统对标准粒子与云滴粒子响应的对应关系,利用该关系得到系统对云滴粒子的响应曲线,该响应曲线可以用于云滴粒子粒径谱的测量。     

径向基函数插值互相关光流算法粒子图像测速技术

互相关光流混合算法是目前粒子图像测速的主流算法,但是重建速度场精度不高。利用高斯径向基函数插值替换互相关光流混合算法中的双三次插值,减小了重建角度误差。进行朗肯涡流仿真实验,使用高斯径向基函数插值混合算法进行粒子速度场重建,其均方根误差和平均角度误差比传统混合算法分别降低了27.36%和38.32%,并分析了位移和粒径大小对重建误差的影响。搭建了二维粒子图像测速技术（PIV）实验系统,采用粒径为100μm的聚酰胺粒子作为示踪粒子,进行旋转实验和注水实验,分别模拟涡流场和射流场。采用高斯径向基函数插值混合算法进行速度场重建,可以获得与传统混合算法相近的粒子速度场。     

一种利用数字全息成像测量粒子周长的方法

为了实现粒子周长的自动测量,提出一种利用数字全息成像测量粒子周长的方法。首先,介绍了数字全息成像的基本理论。接着,给出了实验装置的结构图,并对全息再现中的自动聚焦算法进行深入研究,提出一种改进的基于小波变换的自动聚焦算法。最后,在全息再现像图像分割的基础上给出粒子周长测量的具体方法。实验结果表明,测量的海洋浮游生物周长尺寸为17.918 mm,相对误差为3.51%。这种粒子周长测量方法基本满足粒子周长测量的稳定可靠、精度高、抗干扰能力强等要求,对其他粒子形态特征参数的测量研究也具有重要的借鉴意义。     

基于数学形态学的微位移测量方法的研究

用CCD摄像传感器摄取激光干涉图纹,采用Visual C^ 编程,对干涉图像用反高斯变换的光强平均分布的快速处理,保证干涉图纹信息的完整性;同时运用数字图像处理学中的LOG算子对干涉图像进行边缘检测,用数学形态学中的零交叉细化处理方法对干涉条纹进行细化处理,从而测量出引起条纹相位变化的微位移,其精度可达1／100的条纹间隔。可实现光学亚μm和nm尺度的测量。     

偏振耦合测试仪中白光干涉包络的提取

采用Hilbert变换和非线性最小二乘回归分析相结合的方法提取白光干涉包络.Hilbert变换恢复了包络的大体形状,而非线性最小二乘回归则有效地确定了干涉光强主极大位置及幅度,从而得到耦合点位置、耦合强度、干涉条纹对比度及系统消光比等参数.对保偏光纤(PMF)的拍长测试结果表明,这种包络提取算法明显提高了测量的重复性,测量的重复性在μm量级.     

动态散斑相位的希尔伯特变换分析方法

为了精确地测量物体表面的动态形变过程,提出了 一种基于希尔伯特变换的相位分析方法。形变过程通过连续采集的散斑干涉图序列来记录和 分析,动态散斑的二维相位分布通过逐点希尔伯特变换和整幅 干涉图的相位展开相结合的方法获得。在时域中,将成像器件的各个像素点视为独立的探测 单元,得到了 包含形变信息的一维时域干涉信号,在去除干涉信号的背景强度之后,利用希尔伯特变换和 三角变换相结合 的方法提取相位差以避免干涉信号调制强度波动所带来的影响。在空域中,使用傅里叶相位 滤波器进行去 噪处理,并通过基于离散余弦变换(DCT)的相位展开得到连续相位分布场。对橡胶板的动态 形变进行了实时测量, 获得了不同形变时刻的相位分布图,其中单幅可分辨的最大条纹数为26,对应的形变测量最 大值为6.92μm。实验结果显示:本文方法计算简单,易于实现,适 用于动态散斑的相位分析。     

尘埃粒子的半导体激光散射测量

以半导体激光为光源 ,建立了一个可以实时测量空气中尘埃粒子的尺寸与颗粒数浓度的光学系统。根据Mie散射理论 ,计算了该光学系统的光散射响应特性。实验结果表明 ,该系统具有高的计数准确度、计数效率和计数重复性 ,适用于洁净度检测和环境空气中尘埃粒子的粒径分布测量。     

像面干涉成像光谱技术中的复原方法

与传统的干涉成像光谱技术相比,像面干涉成像光谱技术具有高光通量、高光谱分辨率、高目标分辨率等优点。在介绍像面干涉成像光谱技术的基本原理基础上,提出了通过推扫横向剪切分束器对目标进行探测的方法,省去了传统推扫方法中提取物点干涉信息时的图像配准过程。研究了信息处理中去直流项、切趾等预处理问题,分析了相位误差校正方法及各种方法的优缺点。搭建Sagnac型像面干涉成像光谱实验装置进行了光谱重构实验,复原了被测光源的光谱曲线,并复原了探测目标在各个谱段的光谱图像。     

闭合条纹图的傅立叶分析方法

在基于条纹投影的傅里叶变换轮廓术(FTP)方法中,相位信息叠加在载波条纹中,即必须存在载波条纹.当干涉图中条纹以闭合形式存在,由于没有载频存在,不能直接采用傅立叶条纹分析方法恢复物光波的相位信息.本文采用极坐标的坐标变换方法,将封闭条纹展开,用传统傅立叶滤波方法进行处理,再将得到的信息反变换到原坐标中,得到测量物体的三维分布.文中用二维FFT的迭代算法对条纹进行解析延拓可明显减小由于坐标变换引入的条纹锐截止误差,从而提高测量精度.计算机模拟证实了所提方法的有效性.     

单幅干涉条纹图相位提取新算法

散斑干涉测量中,得到的干涉条纹图必须通过提取当中的真实相位才能够得出所测的物理量。从干涉条纹图中提取相位常用的相移法,过程复杂、对环境要求较高,而且要通过解包裹运算才能求得真实相位,容易产生误差。通过希尔伯特变换,基于离散余弦求解泊松方程的方法,提出从单幅干涉条纹中提取真实相位的新算法。通过实验分析,本文提出的新方法能够有效地从单幅干涉条纹中提取真实相位,并且在现实情况中,本文提出的新方法从单幅干涉条纹图中提取相位误差小于相移法,而且运行速度快,为从干涉条纹图中提取真实相位提供了新的参考。     

基于粒子群优化的文本图像倾斜检测

文中提出一种基于粒子群优化算法和Fourier变换的无限制文本倾斜检测方法,首先对扫描的文本图像进行Fourier变换,然后利用Fourier变换的幅度谱水平投影的方差作为算法的适应度函数,最后利用粒子群优化算法在-90°-90°之间搜索,得到准确的倾斜角度。     

用于激光颗粒测试技术的非球形颗粒的椭圆衍射模型

激光颗粒大小测试的结果与颗粒形状密切相关。通过对椭圆衍射谱的研究，提出在激光粒度分析中以椭圆谱代替球形颗粒谱。计算机模拟计算与对金刚砂实测的结果表明椭圆衍射模型可以有效地抑制粒度反演结果的展宽，更准确地获得非球形颗粒群的粒度分布     

反常衍射近似在测量圆柱形粒子粒径分布中的应用

在光全散射法颗粒粒径测量中,基于米氏(Mie)理论的计算方法只能求出均匀球形粒子的消光系数,而且计算复杂。通过反常衍射近似(ADA)代替米消光系数,可以简化粒径分布的反演过程。对使用反常衍射近似方法计算圆柱形粒子消光系数的可行性以及限制条件进行深入的研究,并在非独立模式算法下,采用遗传算法反演粒径分布。仿真结果表明,当粒子的相对折射率在一定范围内时,利用反常衍射近似反演圆柱形粒子的粒径分布是完全可行的,反演结果稳定、可靠。对消光值测量结果加入3％相对误差时,反演误差为5．7％。该方法具有简单、直观、计算速度快等优点,适合颗粒粒径的在线测量。     

基于代价参考粒子滤波的存在概率检测算法

为提高统计特性未知情况下对非线性微弱动目标的检测能力,本文提出一种基于代价参考粒子滤波的检测前跟踪算法.首先在代价参考粒子滤波的状态向量中增加模拟目标存在状态的离散变量,并在离散变量的转移过程中引入相关系数判决机制;其次,利用代价参考粒子滤波的输出估计存在概率;最后,基于存在概率构造检验统计量.当检验统计量大于给定门限时宣布目标出现.天波雷达目标检测的仿真表明,当系统的统计特性已知时,该方法的检测性能与基于传统粒子滤波的似然比检测、存在概率检测等相当;当统计特性未知时,该方法的检测性能比传统方法提高了2dB以上.本方法可用于复杂背景下的监测系统,如雷达、声呐等.     

颗粒浓度及粒度的光散射在线测量

介绍一种在线监测颗粒浓度及粒度变化的光散射方法。着重提出消除观察窗玻璃污染物对测量结果影响的办法。给出了部分现场实测结果。     

激光粒度仪标定技术的分析与改进

根据光电转换系统的非线性响应特点,提出了一种新的激光粒度仪标定方法。实验证明:用此方法可以保证光电转换系统对入射光的正确响应。     

利用灰度图减小Fourier变换轮廓术的频谱混叠

本文利用常常被人们忽略的灰度图中包含的频谱信息来减小零频分量对基频分量的影响。先记录一帧被测物体灰度图，然后投影正弦条纹到被测物体表面，记录变形条纹图。在对变形条纹图进行处理以前，先从变形条纹图中通过灰度图消除非均匀反射率对变形条纹的影响，得到均匀的变形条纹分布。文中给出的理论分析和实验结果可以证明：该方法可以限制零频分量的扩展，提高了FTP测量范围和精度，且测量系统简单，无相移装置。