边缘效应的去除函数模型及实验

计算机控制光学表面技术(CCOS)是加工光学非球面的一项重要技术.在计算机控制小磨头抛光技术中,边缘效应严重制约了CCOS技术的加工精度和加工效率,是亟待解决的技术难点之一.获得磨头在加工工件边缘时的定量去除模型,并通过驻留时间算法进行补偿,是解决该问题的重要途径.采用边缘压强阶跃分布模型,并通过理论推导,得出边缘效应...     

光学反射镜CCOS研磨阶段边缘效应控制技术

计算机控制光学表面成形技术(CCOS)广泛应用于反射镜的研抛过程，其去除函数通常选用去除效率高、去除稳定的近高斯形函数，但在加工过程中容易出现边缘翘边现象，严重影响反射镜的加工效率和面形收敛率。针对CCOS研磨过程中出现的边缘效应问题，提出一种应用于多自由度机械手的无偏心加工技术，对无偏心工具头的去除函数进行了分析，采用控制变量法研究加工压力、磨头转速和驻留时间等工艺参数对去除效率的影响，并对无偏心盘修边效果进行了试验验证。结果表明，通过对加工压力、磨头转速、磨盘悬挂比以及加工区域等加工参数进行合理调控，无偏心盘可以对翘边进行有效去除，且加工后面形平坦，可以很好地解决边缘效应问题。最后，针对研磨阶段提出了新的工艺流程：采用有偏心修形和无偏心修边相结合的工艺加工方式，可以快速提高反射镜面形加工的收敛效率，实现高效、高精度加工。     

大型非球面能动磨盘精磨技术

计算机控制能动磨盘加工技术是集传统加工技术、能动技术和数控技术为一体的大型非球面光学元件先进制造技术。基于Preston方程，通过对能动磨盘结构的研究，建立了工件的能动磨盘磨削函数；分析了能动磨盘分别位于工件中心孔和外缘处产生的边缘效应，并建立相应的边缘效应函数；由此得到用于描述能动磨盘加工的数学模型。在该模型的指导下完成了Φ1 200 mm（F/1.5）非球面主镜能动磨盘精磨加工，实现了主镜面形误差的均方根值从4.5 μm（峰谷值26.8 μm）收敛到0.36 μm（峰谷值2.8 μm）。     

自适应二阶总广义变分图像恢复方法

针对经典的总变分(TV)去噪模型容易导致阶梯效应 的缺陷,提出了一种自适应的二阶总广义变分(TGV)图像恢 复模型。通过在二阶TGV正则项中引入边缘指示函数,并利用边缘指示函数在平滑区域,增强 扩散,去除噪声,在边缘处降低扩散,保护边缘等特征恢复图像,在新模型中,自适应二阶 总广义变分是正则项,它能自动的平衡一阶和二阶导数项。因此这些特征使得新 模型在去噪的同时不但能够自适应地保持图像的边缘信息,而且还能去除阶梯效应。为了有 效的计算该模型,本文采用原始一对偶算法仿真新模型,实验结果表明,与经 典的TV模型相比,改进的方法无论是在视觉效果还是信噪比(SNR)上都有 明显地提高。     

微通道板双面抛光过程材料去除特性研究

材料去除率是表征双面抛光加工效率的重要参数,也是影响工件表面质量的关键因素。基于双面抛光加工中工件运动过程的分析,通过向量法构建了工件上任一点的运动轨迹及其相对速度的数学模型。运用Preston模型,建立双面抛光过程中材料去除特性方程,并辅助计算机软件模拟了不同工艺条件下的材料去除特性。最后,通过微通道板的双面抛光实验,研究了不同工艺参数下的材料去除量,验证了理论模拟的正确性。     

基于波长调制光谱技术的气体温度和组分浓度场二维重建测量方法研究

提出了基于波长调制光谱(WMS)方法实现非均匀燃烧场气体温度和H_2O组分浓度场二维重建的测量方法。利用实验测得的2f/1f信号,通过数值仿真与迭代实现了激光穿过非均匀燃烧场后积分吸光度的测量,进而利用重建算法实现了燃烧场的二维分布测量。选用H_2O的两组谱线对针对单高斯分布和阶跃分布模型开展了数值仿真研究,并采用频分复用方法在平面燃烧火焰中开展了实验研究。结果表明:基于WMS方法的二维重建测量精度较高,在单高斯分布模型中,7185.60cm~(-1)和7454.45cm~(-1)谱线对的温度和H_2O浓度的重建误差分别小于2%和2.5%;在对温度敏感的区间内,所选谱线对的重建误差较小,在对温度不敏感的区间内,重建误差较大;火焰中心区域的重建结果与预测值一致,温度重建误差小于3.2%,在温度阶跃变化的边缘区域,重建效果较差,原因在于WMS方法和代数迭代算法对温度阶跃变化流场不敏感。     

灰度掩模等级的精确控制研究

在基于空间光调制器(SLM)的灰度掩模并行制作方法中,基于曝光曲线的线性近似关系,建立了灰度掩模强度透过率的线性近似模型,给出了灰度掩模等级精度的精确控制策略.利用卤化银全息感光材料进行了相关实验,制作了菲涅耳透镜的2阶、8阶和16阶灰度掩模.分析了灰度掩模的边缘模糊效应误差,提出了克服非线性效应对灰度等级精度影响的初步方法.     

入射光场分布对超分辨光瞳滤波器超分辨性能和焦深的影响

光瞳滤波器是一种重要的调控焦点处光强分布的器件。借助光的标量衍射理论,研究了不同的入射光场分布对超分辨光瞳滤波器的超分辨性能和焦深的影响。研究结果表明:在入射总光能相同的情况下,光场以高斯函数分布入射时,与均匀光入射相比,其超分辨性能和焦深扩展特性变化很小。当光场以零阶贝塞尔函数分布入射时,光斑压缩比基本不变,斯特雷尔比有所下降,焦深有一定扩展。当光场以一阶贝塞尔函数分布入射时,光斑压缩比有所减小,斯特雷尔比有较大提高,焦深有所减小。总之,在相同情况下,光束的光强分布越靠近边缘,越有利于实现超分辨,斯特雷尔比和焦深两个量中其中一个的增大以另一个的减小为代价。     

基于相位一致性改进的活动轮廓分割模型

为了实现甲状腺超声图像中结节组织的快速准确分割,克服图像灰度分布不均匀和边缘模糊对分割结果造成的影响,采用了基于相位一致性改进的活动轮廓分割模型。首先,利用相位一致性边缘检测原理构造一种新的速度函数,不仅弥补了梯度算子边缘检测中由于滤波处理造成边缘损坏的缺陷,而且可以灵活地控制曲线演化速率;然后,将该速度函数乘入到无边缘主动轮廓模型的能量项中,避免了线性组合中的权重分配问题,同时具有全局分割能力。通过理论分析和实验验证,改进模型的相对差异度均小于1%,运行时间均低于对比模型。结果表明,新模型实现了灰度分布不均匀图像的精确分割,同时分割效率也有所提高。     

基于等效积分的去除函数误差修正能力分析

针对计算机光学表面成形技术的去除理论中关于材料去除量及去除函数误差修正能力问题,基于等效去除积分法,对高斯型、三角形、梯形、脉冲随机复合型等多种不同形态的去除函数修正能力进行研究,通过频域分析去除函数的误差修正能力,获得调制参数与去除函数修正能力的关联曲线,建立基于等效去除积分法的去除函数截止修正能力评价模型,为去除函数误差修正的调制及去除函数修正能力评价提供依据,从而在大口径光学元件的超高精确度加工中,提高超光滑光学元件表面的质量。     

一种改进的边缘停止函数图像分割方法

在基于边缘的几何活动轮廓模型中,边缘停止函数的选择会影响图像的分割效果,根据边缘停止函数的性质,提出一个新的边缘停止函数,代替GAC模型和DELSE模型中的边缘停止函数。实验结果表明,在图像背景灰度均匀和灰度不均的图像分割中,文中提出新的边缘停止函数在迭代次数和分割效果方面,都优于原来的边缘停止函数,能够实现准确分割。     

基于雨衰雪衰影响的空间信道统计模型

针对某些特殊的移动通信环境中信号的到达角度( TOA)、到达时间( AOA)等信道参数估计的复杂性,提出一种基于散射体均匀分布室外统计信道模型。该模型将树木中的树冠层作为散射体呈均匀分布在移动台与基站周围的椭圆形区域内,通过树冠层在雨雪环境中的相对介电常数来分析降雨降雪量对信号传输带来的影响,可以方便地估计出此室外微小区的空时信道参数,如AOA概率密度分布函数、TOA概率密度分布函数以及到达角度/到达时间( AOA/TOA )联合概率密度分布函数。仿真结果表明,信号的到达时间TOA以及到达角度AOA随着降雨降雪量的增大而增大,尤其当降雪量增大使得树冠层相对介电常数达到4.5时,信号的传输将被阻塞。该模型的信道参数估计结果符合理论与经验,扩展了移动无线通信信道模型的研究与应用。     

光学加工中边缘问题的数控处理方法

光学加工中边缘问题很难处理，数控加工也是如此。计算机数控能动盘光学加工技术具有高加工效率和抑制中高频能力，而小磨头光学加工技术则有很强的局部误差修正能力。介绍了将这两种数控光学加工技术处理大口径非球面镜面边缘区域误差修正的加工模型算法，并进一步结合二者特点提出大口径边缘加工组合工艺方法。首先使用能动盘加工技术初步磨削工件边缘，接着用小磨头技术进行局部修磨，再使用能动磨盘技术进行表面平滑。这种加工策略能够有效地实现工件边缘区域的定量磨削去除加工。对圆对称工件的细磨试验证明了这一点。     

组织光学特性的时间分辨蒙特卡罗仿真研究

组织的反射、透射和散射光检测都包含着组织的内部信息,可发展成为无损检测以及癌症早期诊断的重要手段,有着极为重要的意义。时间分辨蒙特卡罗模型能够预测组织的时间分布光学特性,具有精度高、灵活性强的优点,能适用于多种组织。但传统的蒙特卡罗模型中采用的Henyey-Greenstein(HG)相函数存在一些问题。介绍了基于米氏理论的米氏相函数。利用几种相函数进行时间分辨蒙特卡罗仿真并与实验结果进行对比。结果表明,米氏相函数比HG相函数更能真实地体现人体组织的漫反射特性,但由于米氏相函数与组织的散射颗粒尺寸相关,而组织的散射颗粒大小不一,针对不同的组织有不同的颗粒分布模型,因此应用于具体模型时散射颗粒模型的选择会有一些困难。     

基于N分随机乘法模型的多重分形海杂波仿真

2分随机乘法模型的倍乘因子的分布要求是关于1/2对称的,所以基于此模型仿真出海杂波数据的多重分形谱函数形状比较受限制。该文在分析2分随机乘法模型构造过程的基础上,提出N分随机乘法模型,它是2分随机乘法模型的推广,但却突破倍乘因子分布关于1/2对称的限制,更利于仿真具有期望形状的多重分形谱函数的海杂波数据。理论推导和实验结果均表明倍乘因子的分布决定多重分形谱函数的形状。     

基于局部方差的自蛇模型平滑毫米波图像

针对毫米波图像数据量少和图像分辨率低的特点,提出基于局部方差自蛇模型平滑毫米波图像的方法.3×3窗口内的局部方差使毫米波图像在边缘和细节附近,其边缘停止函数接近为0,执行较小的平滑;在区域内部其边缘停止函数接近为1,进行较大的平滑,从而能够自适应地控制平滑过程.实验结果表明,所提出的平滑方法与传统自蛇模型相比,在消除噪声的同时更能够保留图像中的边缘和细节特征.     

三轴离子束抛光系统驻留时间算法

在光学离子束抛光工艺中,驻留时间求解是一个关键问题。多数驻留时间求解算法要求离子束在工件表面的材料去除速率在加工过程中保持不变。然而,离子束在工件表面的材料去除速率与离子束入射角度有关。为此,在加工曲面工件时,通常采用精密五轴联动运动平台对离子源的运动及姿态进行实时控制,使得在加工曲面工件时离子束相对工件表面的入射角度始终保持不变,从而保证去除函数在整个离子束抛光过程中保持不变。提出了一种基于仿真加工的迭代驻留时间求解算法,在求解驻留时间的过程中考虑到入射角度带来的去除速率变化,从而使得在离子束抛光系统中只需采用三轴运动控制平台对离子源的运动进行控制,而不再需要对离子源的姿态进行实时控制。入射角度与去除速率曲线可以事先通过实验测得。与五轴运动平台相比,三轴平台更稳定、经济且易于控制。仿真结果表明,算法在三轴离子束抛光系统中具有较好的适用性。     

开关电阻对SC放大器速度的影响和优化方法

在开关电容(SC)放大器中,由于MOS开关导通电阻的存在,会对其建立速度产生影响.首先使用跨导运算放大器的一阶线性模型推导了包含开关导通电阻的开关电容放大器的闭环传输函数,通过分析极点和零点的分布,研究了放大器中不同位置开关的导通电阻对阶跃响应的影响.进而提出了一种MOS开关的优化设计方法来缩短放大器阶跃响应的建立时间.最后使用电路仿真工具验证了该方法的有效性.     

基于边缘定向增强的各向异性扩散抑噪方法

本文提出了一个新的边缘定向增强扩散模型.针对现有各向异性扩散方程中,边缘增强扩散模型不能正确地对边缘定向,而相干增强扩散模型易在光滑处产生虚假边缘的缺点,本文的模型采用基于非线性光滑算子的边缘定向算子对边缘定向,并根据边缘的位置和方向设置扩散张量的特征根,使其在光滑区域沿边缘方向和垂直边缘方向均具有较大值,而在边缘区域垂直边缘方向值小,沿边缘方向值大,从而达到既保护边缘又去除噪声的目的,在整幅图像上均具有较好的去噪效果.理论分析和数值计算结果均表明,本文方法具有比现有扩散去噪方法更好的去噪效果,同时在峰值信噪比和边缘保护指数方面具有显著优势.     

用Tl_2SO_4制造玻璃光波导

本文报道了用TI盐(TI_2SO_4)离子交换法制备玻璃光波导的实验结果。与用AgNO_3离子交换制备的光波导相比,波导损耗较低,折射率分布呈准阶跃型,拟合确定其折射率分布函数为费米函数,折射率增量Δn>0.13。