Tropospheric wet refractivity tomography using multiplicative algebraic reconstruction technique

Algebraic reconstruction techniques (ART) have been successfully used to reconstruct the total electron content (TEC) of the ionosphere and in recent years be tentatively used in tropospheric wet refractivity and water vapor tomography in the ground-based GNSS technology. The previous research on ART used in tropospheric water vapor tomography focused on the convergence and relaxation parameters for various algebraic reconstruction techniques and rarely discussed the impact of Gaussian constraints and initial field on the iteration results. The existing accuracy evaluation parameters calculated from slant wet delay can only evaluate the resultant precision of the voxels penetrated by slant paths and cannot evaluate that of the voxels not penetrated by any slant path. The paper proposes two new statistical parameters Bias and RMS, calculated from wet refractivity of the total voxels, to improve the deficiencies of existing evaluation parameters and then discusses the effect of the Gaussian constraints and initial field on the convergence and tomography results in multiplicative algebraic reconstruction technique (MART) to reconstruct the 4D tropospheric wet refractivity field using simulation method.     

一种基于图割的稠密三维场景重建算法

立体视觉技术是自主探测机器人在未知环境中获取信息的重要手段,通过对可视场景的稠密三维重建实现导航、定位及路径规划等一系列工作。本文在候选点匹配的基础上结合图割理论,首先在世界坐标系建立代表深度信息的网格节点,接着依据区域匹配算法对候选点进行初步筛选,去除大部分相关值较低的节点,建立简化的网格图,最后通过寻找图中最小割来实现能量函数的全局最小,完成稠密的三维场景重建。实验证明,相关阈值γ设为0.6时,简化网格图的重建精度和计算效率达到相对平衡。图割算法解决了候选点测量时潜在的匹配歧义问题,且对低纹理区域有较好的匹配效果。     

基于稀疏重构的L型阵列的二维波达方向估计

在L型阵列下,基于稀疏重构提出一种可实现自动角度配对的二维波达方向估计方法。首先,根据两均匀线阵接收数据的互相关矩阵构建二维稀疏线性模型;然后,通过数学变换将该二维模型转换为联合稀疏重构模型之内,通过联合稀疏重构算法分别单独获得信源方位角和俯仰角的粗略估计,并将此信息融入二维稀疏线性模型,大大减少了模型中原子个数,达到降低计算复杂度的目的;其次,从理论上分析了新方法可分辨的信源个数和计算复杂度;最后,通过一系列计算机仿真将新方法与其它子空间类二维波达方位估计方法进行比较,表明了新方法在估计精度上的优越性。     

基于第二代小波的序列图像超分辨率复原算法研究

介绍了第二代小波(SGWs)的基本原理和特点,在此基础上提出了低分辨率采样图像高分辨率 (HR)重建算法。它不但具有结构简单,逆变换容易,可扩展性好的优点,并且克服了第一代 小波(FGWs) 的不均匀采样和定义在有限区间上的难题,指出了小波变换时数据不规则性的 处理方法,并利用硬／软阈值对小波系数降噪,使得重构后的图像具有最佳的PSNR和最低的 重构误差。实验和仿真结果表明,与传统方法相比,该算法在提高了图像的分辨率同时PSNR 最多能提高3 dB左右。
     

微处理器中含噪热传感器位置分布优化方法

高性能处理器普遍集成热传感器,采用动态热管理技术对芯片实施连续热监控。然而,由于实际芯片中的模拟或者数字热传感器不可避免伴随噪声,使动态热管理的可靠性受到很大影响。因此,为了提高热监控的精确性,本文运用主成分分析（PCA）技术对原始热图像样本矩阵进行降维近似处理,并结合矩阵扰动分析提出基于模拟退火算法的热传感器位置分布优化方法。实验结果表明：该方法比现有的贪婪算法在热重构误差、信噪比（SNR）和误警率等性能方面有了一定提高,能够有效运用在动态热管理中实现精确的热监控。     

一种基于压缩感知的信道估计算法

信道估计是无线通信系统的关键技术之一。文章提出一种基于压缩感知（Compressed Sensing）的信道估计方法,这种方法通过分析信道时延和多普勒域的稀疏度,可以有效降低导频的数量,从而提高系统的频谱利用率。通过与最小均方（Least Square,LS）信道估计方法的对比,可以明显看到导频数量的降低。     

空间非合作目标未知构型重建质量评估方法

针对基于线阵激光雷达扫描重建获得的三维模型,因其构型未知,无法通过模型对比进行质量评估,本文着重研究未知构型的质量评估方法。首先,采用3σ优化的最小二乘法对空间非合作目标点云平面与直线进行拟合;其次,从点云密度、重建几何性质、表面完整度进行重建质量评估,再基于上述三种评估方法建立多因素综合评估数学模型,对三维重建结果进行满意度质量评估;最后通过仿真实验验证评估方法,获得多因素综合评估满意度为95.5889%,实验结果表明该评估方法合理且具有参考价值。该研究不仅能验证基于线阵激光雷达三维重建结果的精度,还为空间非合作目标未知构型质量评估提供一种新的研究思路。     

Tomographic reconstruction of the ionospheric electron density as a function of space and time

Electron density distribution is the major determining parameter of the ionosphere. Computerized Ionospheric Tomography (CIT) is a method to reconstruct ionospheric electron density image by computing Total Electron Content (TEC) values from the recorded Global Positioning Satellite System (GPS) signals. Due to the multi-scale variability of the ionosphere and inherent biases and errors in the computation of TEC, CIT constitutes an underdetermined ill-posed inverse problem. In this study, a novel Singular Value Decomposition (SVD) based CIT reconstruction technique is proposed for the imaging of electron density in both space (latitude, longitude, altitude) and time. The underlying model is obtained from International Reference Ionosphere (IRI) and the necessary measurements are obtained from earth based and satellite based GPS recordings. Based on the IRI-2007 model, a basis is formed by SVD for the required location and the time of interest. Selecting the first few basis vectors corresponding to the most significant singular values, the 3-D CIT is formulated as a weighted least squares estimation problem of the basis coefficients. By providing significant regularization to the tomographic inversion problem with limited projections, the proposed technique provides robust and reliable 3-D reconstructions of ionospheric electron density.     

聚焦光场成像三维粒子场重建方法

层析重建是层析粒子图像测速(Tomo-PIV)技术实现三维粒子位置和强度信息(三维粒子场)重构的核心步骤。相比于多相机的Tomo-PIV技术,单聚焦光场相机通过一次成像能够同时采集示踪粒子的散射光的方向和位置信息。因此,提出一种单聚焦光场相机的层析重建技术用于重构流场中的三维粒子场信息。为了验证本文方法的可行性及准确性,利用几何光学建立了示踪粒子的光场成像模型,利用光线追迹技术计算了粒子在聚焦光场相机中的成像,对比了被测流场中位于不同深度位置的粒子在聚焦光场相机中的成像差异;建立了基于单聚焦光场相机的层析重建数学模型,利用乘法代数重构技术(MART)对模拟所得的光场图像进行反演计算,实现了三维粒子场的重构,并利用归一化互相关系数来表征粒子的重建质量。结果表明,单个粒子在Z轴方向上的位置精度为±0.35 mm,初步证明了基于聚焦光场成像理论的三维粒子场重建方法的可行性。     

基于ICP算法的手术导航三维配准技术

针对计算机辅助手术三维导航技术中术前CT图像与术中实际空间的配准问题,提出一种基于最近点迭代(ICP,Iterative Closest Point)算法的特征点云配准技术.利用医学图像空间和实际空间特征区域的两片点云坐标进行三维配准.对CT图像进行重建、分割及交互式操作得到医学图像特征点云;利用光学定位仪实时采集实际空间中对应区域的点云;通过主元分析(PCA,Principal Component Analysis)获取两组点云数据的特征向量进行初配准;进行最近点迭代使配准矩阵收敛到一个最优解,其中采用k-d tree寻找邻近点加速迭代过程.以塑料脊柱模型骨为对象进行了脊柱手术导航配准精度实验,进一步对实验中的点云数据加入高斯噪声以进行误差分析.结果表明这种配准方法简单可靠,在模型骨情况下配准精度在1mm以内.