计算全息技术在光学相关识别中的应用

为了实现光相关匹配滤波系统的小型化、集成化,采用纯计算全息技术,构建了一个光学相关识别系统.理论分析和实验验证表明,用计算全息透镜代替傅里叶透镜制得的复数滤波器,集成了4f系统中第2个傅里叶变换透镜的作用,滤波器后面不再用傅里叶透镜.这样减少了光学元件,同时缩短了光路.结果表明,该系统和4f光学相关识别系统一样,能够进行相关识别且具有平移不变性.     

用计算全息制作自聚焦尺度不变子波变换匹配滤波器

提出了一种基于光学子波变换自聚焦综合判别函数(WFSDF)匹配滤波器。这种匹配滤波器,将光学子波变换和综合判别函数(SDF)相结合,只用一个傅里叶变换透镜就能实现输入图像和SDF的子波变换的相关运算。采用计算全息的方法制作复数匹配滤波器。计算机模拟仿真结果表明,和传统的SDF匹配滤波相关器相比,WFSDF匹配滤波器锐化了相关峰,提高了识别率,同时简化了光路。     

循环级联式的子波变换相关识别

提出了一种时序循环级联式的子波变换相关识别系统。该系统是基于循环使用一个普通光学相关器，而相关器采用光折变全息图作为空间匹配滤波器，一个受计算机控制的空间光调制器作为输入器件，方位不同的参考光用于编码存储不同的输入信号、不同的子波和子波变换的傅里叶谱的多重信息。通过计算机控制系统互连网络和级联循环次数可完成用于不同目的的相关运算。给出简要的原理分析，并用纯光学方法实验研究了Ｈａａｒ子波变换、Ｈａａｒ子波变换相关识别，并与普通相关识别作了对比。讨论了该系统所具有的诸多方面的特点     

基于光电联合傅立叶变换相关识别的增强技术研究

根据联合傅立叶变换相关识别理论,首先计算模拟其识别过程,然后结合光学傅立叶变换相关识别系统的特点,应用数字图像处理的方法对光学联合傅立叶变换相关识别系统进行改进。实验表明:改进后的光电联合傅立叶变换相关识别系统不仅对相关输出结果有一定增强作用,而且还能够识别出传统光学傅立叶变换相关识别系统所不能识别的对象。     

三维空间目标识别的多滤波器技术

本文基于三维空间目标不变性识别的原理,采用多滤波器并行处理和综合判断的光学相关检测技术,对三维空间目标进行识别。实验结果表明仅由４个滤波器构成的滤波器组已能识别出三维目标在水平３６０°、高低角±３０°范围内不同视角的二维平面图像。     

基于相移功率谱相减的二元联合变换相关识别

提出基于相移联合功率谱相减的二元联合变换相关识别的新方法：制作特殊的半波片，采用π相移技术，将零级功率谱从联合功率谱中去掉，并进行二值化。与经典联合相关变换和二元联合相关变换相比，基于相移功率谱相减的二元联合相关变换，使输入面的空间带宽得到更充分的利用，还得到了更高、更尖锐的相关峰，更大的相关信噪比，提高了相关识别能力。给出了相应的计算机模拟和光学实验结果。     

一种分数相关尺度畸变不变识别新方法

推导了“菲涅耳衍射透镜相位变换”及“透镜相位变换菲涅耳衍射”两种光学单元所遵从的约束关系,并基于此提出了一种分数相关尺度畸变不变识别方法。数值模拟试验结果表明,对于一个尺度畸变的待识别输入,当传统相关已无法正确识别时,该方法仍能够较好地识别畸变目标。     

基于最小平均相关能量滤波器的畸变目标识别

通过对多种畸变目标识别算法的研究, 对用于匹配滤波器的最小平均相关能量(MACE)滤波器进行了改进。利用MACE滤波器算法的基本思想构造滤波器函数, 在合成参考图像前对训练图像进行边缘提取, 并对联合图像的功率谱进行了拉普拉斯锐化, 成功实现了在联合变换相关器中对旋转目标图像的探测和识别, 提高了畸变图像相关峰的亮度, 拓展了联合变换相关器的探测和识别的范围。作为实例, 对旋转战机目标图像进行了计算机模拟实验和光学实验, 验证了该算法的可行性。     

基于最小平均相关能量滤波器的畸变目标识别

通过对多种畸变目标识别算法的研究,对用于匹配滤波器的最小平均相关能量(MACE)滤波器进行了改进。利用MACE滤波器算法的基本思想构造滤波器函数,在合成参考图像前对训练图像进行边缘提取,并对联合图像的功率谱进行了拉普拉斯锐化,成功实现了在联合变换相关器中对旋转目标图像的探测和识别,提高了畸变图像相关峰的亮度,拓展了联合变换相关器的探测和识别的范围。作为实例,对旋转战机目标图像进行了计算机模拟实验和光学实验,验证了该算法的可行性。     

基于改进MACH算法的畸变目标识别

由于观察距离和角度的不同,待识别的目标图像相对模板图像会存在一定程度的角度畸变和比例畸变,大大限制了光学相关模式识别的发展。将最大平均相关高度(MACH)滤波器用于畸变目标识别,通过优化该滤波器的控制参数,并根据多次的计算机仿真实验和光学实验,使该改进型MACH 滤波器具有畸变公差高、相关点明亮等特点。用改进后的MACH 滤波器对角度畸变目标和比例畸变目标实施频域滤波,能有效增强相关峰强度,扩大畸变目标识别范围。作为实例,给出了复杂背景下识别汽车的计算机仿真实验和光学实验,有效验证了该算法的可行性。     

数字散斑联合变换相关法测量微小位移的研究

提出一种利用联合变换相关法对位移前后的散斑图像实现数字相关运算,通过相关峰的距离与散斑图所携带的位移信息之间的关系,测量物体的面内位移量。通过对全场的位移计算,得出对散斑图像先做限幅预处理后,再进行边缘提取,有效减弱了影响相关峰的不利因素,提高了相关点的精确性。对同一组散斑图进行匹配滤波相关运算和联合变换相关运算,把得到的全场位移矢量图进行比较,得出两者测量的结果是一致的。     

基于光强传输方程与SLM的快速相位恢复

基于光强传输方程（TIE）的相位恢复技术,可以通过测量一系列垂直于光轴分布的散焦强度图,直接求解得到光场的相位信息。传统的基于TIE的强度图像采集系统在获得散焦图像时需要机械移动。通过在空间光调制器（SLM）上加载透镜相位图,使其实现可编程透镜的功能,任意改变此透镜的焦距值,可以实现不同的散焦距离,从而避免采集图像过程中CCD的移动。根据不同的算法理论,设计了两种光强图像采集系统。由于日常生活中使用相机拍照时,透镜的相位调制作用不可忽略,使用SLM代替含透镜的光传播模型中透镜的作用,设计了第一种实验装置。此外,通过在4f系统的频率域位置放置SLM,设计了第二种实验装置。真实实验的结果验证了这两种方法的有效性和正确性。     

Advances and prospects in visible light communications

Visible light communication (VLC) is an emerging technology in optical wireless communication (OWC) that has attracted worldwide research in recent years. VLC can combine communication and illumination together, which could be applied in many application scenarios such as visible light communication local area networks (VLANs), indoor localization, and intelligent lighting. In recent years, pioneering and significant work have been made in the field of VLC. In this paper, an overview of the recent progress in VLC is presented. We also demonstrate our recent experiment results including bidirectional 100 Mbit/s VLAN or Li-Fi system based on OOK modulation without blue filter. The VLC systems that we proposed are good solutions for high-speed VLC application systems with low-cost and low-complexity. VLC technology shows a bright future due to its inherent advantages, shortage of RF spectra and ever increasing popularity of white LEDs.     

36维Kalman滤波的激光陀螺捷联惯导系统级标定方法

分析了系统级标定的研究现状,建立了惯导系统误差模型。额外考虑加速度计二次项误差系数与内杆臂参数对系统的影响,提出了一种36维Kalman滤波系统级标定方法。设计了合适的标定路径,建立了Kalman滤波模型。仿真及实验结果表明,激光陀螺和加速度计零偏估计精度分别优于0.001()/h和9 g,标度因数误差估计精度分别优于3 ppm(1 ppm=10-6)和2 ppm,安装误差角估计精度分别优于1和3,二次项误差系数估计精度优于410-10 s2/m,内杆臂参数估计精度优于3 mm,满足高精度惯导系统的标定要求。     

非接触式指纹采集与识别的研究

为了构建一个结构紧凑、实时、高效、小型的指纹采集识别系统,提出了非接触式光学采集方法.即采用激光或非相干光源,利用激光透射、扫描和非相干光照射,通过超半球浸没透镜和双胶合透镜等组合的光学系统,运用光学非接触式方法实现完整、清晰的指纹图像的采集,这种方法有效地避免了接触式所造成的指纹的旋转、扭曲和变形,提高了采集图像的质量.从而为利用空间光调制器实现指纹的实时傅里叶相关识别提供了有效的保证.     

单透镜成象系统的分数维傅立叶变换分析

在菲涅耳衍射与分数维傅立叶变换关系的理论基础上 ,给出了这一关系的另一表示方式 ,以此理论和透镜的分数维傅立叶变换特性分析了放大率大于 1和小于 1的单透镜成象系统。结果表明 ,作为菲涅耳衍射的分数维傅立叶变换可以与透镜的分数维傅立叶变换组成分数维傅立叶变换群 ,两次分数维傅立叶变换完成了一次成象过程     

An improved Park timing synchronization combined with PN sequence for DCO-OFDM based visible light communication system

This paper presents a new method for timing synchronization of direct current-biased optical orthogonal frequency division multiplexing (DCO-OFDM) visible light communication (VLC) system. This improved method combines the modified Park’s synchronization method with the pseudo-noise (PN) sequence. The synchronization performance of the proposed method is analyzed in details and compared with that of three traditional methods in DCO-OFDM system. It is demonstrated that the improved method can obtain only one narrow and accurate timing point, which increases the synchronization performance of DCO-OFDM VLC system. Furthermore, the simulated results reveal that the new method has higher timing accuracy and resolution than other conventional methods for different signal noise ratios (SNRs) and fast Fourier transform (FFT) block sizes. To further investigate the performance of time metric, experiment is employed and the results show that the proposed method outperforms the other methods.     

室内VLC白光LED调制带宽拓展

针对室内照明场景应用需求,探究了驱动电流的变化对四种常用LED光源频率特性所产生的影响效果,得出荧光粉LED的频率特性响应几乎不受驱动电流变化的影响的结论。结合硬件预均衡策略对1 W荧光粉LED的调制带宽拓展进行了理论分析和硬件电路设计,测试结果表明:在不对蓝光过滤的条件下,荧光粉LED调制带宽由1 MHz提高到了32 MHz,单盏荧光粉LED在非归零-开关键控（non-return-to-zero on-off-keying,NRZ-OOK）调制下可达到26 Mbit/s的传输速率,误码率7.5510-6,传输距离达到3 m,符合于室内照明通信对传输距离的要求。     

DFT-spread combined with clipping method to reduce the PAPR in VLC-OFDM system

Orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) is an attractive technique to realize high data rate in light emitting diodes (LEDs)-based visible light communication (VLC). However, high peak-to-average power ratio (PAPR) of OFDM makes VLC-OFDM very sensitive to the nonlinearity of LEDs. In this paper, the discrete Fourier transform-spread (DFT-spread) combined with clipping method is proposed to reduce the PAPR of OFDM signal in VLC system. Combining simulation with experiment, a performance comparison is made among conventional OFDM, DFT-spread-OFDM, and clipped DFT-spread-OFDM with different clipping ratios (CRs) in a single LED-based VLC system. The experimental results show that the proposed clipped DFT-spread-OFDM method can effectively improve the system performance compared with the other two methods. At the optimum signal peak-to-peak (PTP) value, by using the clipped DFT-spread-OFDM scheme with CR at 8 dB, the bit error rate (BER) of the system can be reduced from 0.003 7 to 0.000 287. E-mail:dengrui189@126.com