菲涅耳全息图的数字再现方法比较

基于标量衍射理论和快速傅利叶变换,详细分析了菲涅耳衍射积分的三种计算机模拟算法,并将这三种算法运用到菲涅耳全息图的数字过程中.理论分析表明,在全息图的像素数、抽样间隔以及再现波长一定的情况下,按抽样对象的不同,菲涅耳衍射积分的计算机模拟算法可分为卷积法、角谱法、直接傅利叶变换法.通过对相位函数局域空间频率的分析,给出了判定算法适用范围的特征再现距离,并分析得出,再现距离大于特征再现距离时,适合用卷积法;小于特征再现距离时,适合采用角谱法;等于特征再现距离时三种方法都适用.     

基于周期阵列抽样孔的非迭代实时相干衍射成像

提出了一种从远场衍射强度图样实现实时相干衍射成像的非迭代方法．该方法利用特殊设计的周期正方阵列抽样针孔对待测物体的菲涅耳衍射场的波前进行抽样,用CCD记录其远场衍射图样．在计算机中对其处理,可以直接从远场衍射图样的逆傅里叶变换中提取物波的抽样复振幅数据,再利用标量衍射理论对物体重现．因为该方法只需要对一幅远场衍射图样进行测量,避免了迭代算法,而且从理论上不需要透镜,它可以在较广的波长范围内实现实时相干衍射成像．     

Achromatic Fresnel optics for wideband extreme-ultraviolet and X-ray imaging

Advances in extreme-ultraviolet (EUV) and X-ray optics are providing powerful new capabilities in high-resolution imaging and trace-element analysis of microscopic specimens, and the potential for fabricating devices of smaller critical dimensions in next-generation integrated circuit lithography. However, achieving the highest resolution with such optics usually requires the illuminating EUV or X-ray beam to be highly monochromatic. It would therefore be highly desirable to have large-field-of-view, sub-100-nm resolution optics that are achromatic to a significant degree, allowing more light to be utilized from broader bandwidth sources such as laser-produced plasmas. Here we report an achromatic Fresnel optical system for EUV or X-ray radiation that combines a Fresnel zone plate with a refractive lens with opposite chromatic aberration. We use the large anomalous dispersion property of the refractive lens material near an absorption edge to make its fabrication practical. The resulting structure can deliver a resolution comparable to that of the Fresnel zone plates that have achieved the highest resolution (25 nm; ref. 3) in the entire electromagnetic spectrum, but with an improvement of two or more orders of magnitude in spectral bandwidth.     

计算机制二维全息图的研究

结合二维平面图像的特点,提出了用快速傅里叶变换制作菲涅耳计算全息图的快速算法：将菲涅耳衍射光波表示成傅里叶变换的形式,编写计算程序,用快速傅里叶变换进行计算;并研究了傅里叶变换算法中衍射场的取样间隔与计算全息系统取样间隔的关系,给出了理论分析与实验结果．     

互连线分布电容偏差计算的非均匀有限差分法

为精确快速提取二维互连线电容分布参数,该文采用测度不变方程法计算互连线电势分布,探讨了导体尺寸微小扰动对电容分布参数的影响。通过对电势进行拉格朗日展开提出了导体尺寸小扰动产生的电容偏差的非均匀网格精确计算方法,该方法不需要改变电场求解的代数方程组规模,从而大大减少计算复杂度。以Weeks带状线模型为实例将该文算法与均匀网格方法进行了比较,实验结果表明该方法能够在几乎不增加内存的情况下将计算速度提高数倍甚至数10倍。     

复合静电聚焦—偏转系统的渐近象差

本文提出并讨论了复合聚焦——偏转系统的渐进象差概念,并推导了复合静电聚焦——偏转系统的一级渐进色差和三级渐近几何象差的公式.这些渐进象差系数均可表为物距X_0或放大率的倒数m 的多项式的形式,便于研究计算任意物象位置时的象差和设计计算带有多个聚焦——偏转器的静电电子和离子束探针系统.     

基于菲涅耳尔衍射的三维绝对坐标测量

提出一种基于菲涅耳衍射的测量三维绝对位置坐标的新方法．该方法通过对物波的菲涅耳衍射强度图样进行数字处理,提取多针孔板上测量孔位置处的相位信息,利用寻找设定参数的极值点来确定待测点的绝对位置坐标,介绍了该方法的测量原理,并且通过计算机模拟实验证明了它的可行性．此方法不需要任何相移装置,对环境要求低,为实现三维绝对坐标测量提供一种新的选择．     

虚拟现实环境中运动复杂目标的图形电磁计算

利用NURBS曲面对虚拟现实环境中的目标进行几何建模。通过对入射场进行Lorentz变换 ,得到运动坐标系下的入射场 ,进而求得运动坐标系下的散射场。对运动坐标系下散射场再进行Lorentz反变换 ,就可得到静止坐标系下散射场。进而求出运动目标的雷达散射截面     

TE波时域棱边有限元方法：线磁流辐射与散射分析

讨论有耗介质TE波时域棱边有限元方法,导出电场矢量波动方程边值问题的弱解形式,应用棱边基函数给出单元矩阵方程,通过组合获得时域全域矩阵方程,详细讨论棱边有限元组合中符号函数的作用和累加填充步骤.给出了激励矢量中线磁流的加入以及棱边有限元的定量验证,分析了线磁流照射下有耗介质物体散射.     

近场聚焦法测相控阵天线方向图

阐述了用聚焦法在菲涅尔区测试相控阵天线的理论依据及实现方法 ,用实验结果对近远场方向图进行了比较。考虑到实际应用 ,对距离标定误差和频率漂移引起的测试误差进行了实验研究。结果表明在菲涅尔区用聚焦法监测相控阵天线性能是一种行之有效的方法。     

大偏转角偏转象差的分析与校正

应用多极场理论，研究了大偏转角情况下的偏转象差，给出了应用十极场微五级象差校正时的场表达式，计算了在多种情况下十极场对五级象差校正的影响，分析了多极场象差校正的方法。     

交通车辆轮廓跟踪算法研究及其工程应用

针对模式识别在智能交通领域的实际工程应用,提出了一种提取运动车辆轮廓线的精细跟踪算法．首先,通过冗余离散小波变换法提取运动区域,检测出相邻两帧图像内的运动变化从而确定运动对象的存在及其初始位置;其次,以当前帧运动区域为参考,通过改进的mean-shift算法在后续帧中跟踪运动对象的中心位置;最后,以mean—shift跟踪窗口作为目标初始轮廓线,采用自适应水平集法得到目标轮廓,从而精确定位运动对象位置．实验结果表明本文算法能够以轮廓线的方式以较高精确度跟踪运动车辆目标,目前已被市交通局科研单位采纳,具有一定的工程应用前景．     

椭球粒子对电磁波散射的系统辨识模型

利用球形粒子的Mie解逼近椭球粒子的内外透射场与散射场,首先建立了求解任意椭球粒子对电磁波散射的系统辨识模型,在毫米波段,数值计算了非球形雨滴的内外电磁场和微分散射截面.结果表明雨滴的前向散射场大于后向散射场,后向散射场无径向分量,较大的球粒子的Mie解对椭球粒子的内外场的贡献较大,椭球引起的交叉极化分辨率随观察点的变化而变化;讨论了进一步提高计算精度的方法.     

复杂目标雷达图像形成机理分析

合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)图像包含了复杂目标重要的电磁散射特性,图像中的散射中心可以提供目标结构和散射点位置等重要的目标几何信息。定量分析SAR图像中散射中心分布和形成机理在目标探测和识别领域具有重要的理论意义和应用价值。本文选取典型复杂目标（航母和战车）,正向构建了目标散射中心参数化模型。在此基础上,对目标SAR图像中轮廓的形成机理和图像稳定性开展了定量分析,建立了图像中散射中心与散射部件间的良好映射关系,揭示了散射中心的形成机理,进一步分析了目标上随姿态稳定的散射中心与目标局部几何结构之间的联系。此外,针对实际应用中目标几何模型非理想光滑的情形,本文研究了目标表面几何粗糙对SAR图像的影响,目标表面合适的粗糙程度可以改进仿真图像的结果,形成更加清晰的目标轮廓;但若粗糙程度过大则难以客观反映实际模型的电磁特性。本文构建的散射中心模型与实测数据进行了比对,结果吻合良好。     

数字全息显微中的相位像差自动补偿算法

结合图像分割技术提出了一种用于数字全息显微成像的相位像差自动补偿算法.首先，采用最小二乘拟合算法对包含被测物体的解包裹相位图进行粗略的补偿，在此基础上，利用图像分割算法对其背景区域进行分割，获得不含被测物体的解包裹相位图.最后，对其进行最小二乘拟合从而实现相位像差的精确补偿.传统的数字全息显微技术需要通过手工检测背景区域来解决相位像差补偿的问题.然而，本文方法既不需要人工干预，也不需要光学设置的先验知识，即可实现相位像差的自动补偿.通过搭建的数字全息显微实验平台验证了所提算法的可行性和准确性.     

浅海波导中椭球体声散射特性研究

利用边界元法研究了三维海洋波导中声波与椭球散射体相互作用问题.分析了海洋波导中声波与结构体相互作用的声散射特性,包括声压在水平断面和垂直断面的分布特点.数值分析表明:浅海中椭球体的散射特性与自由场中明显不同,当椭球体按照一定比例变化时,其散射声压变化规律会近似于球体而声压幅值低于球体,这对于浅海中非规则目标散射特性的研究是非常重要的.浅海波导对散射目标有显著的影响.     

单波长激光记录三维物体彩色反射全息图

银盐全息干版的乳胶收缩将导致其记录的反射全息图再现光的波长漂移.利用这一效应,提出一种记录彩色反射全息图的新方法.首先,利用三原色激光(632.8 nm,514.5 nm,488 nm),记录彩色物体的菲涅耳全息图,以此得到彩色物体的三原色分色像;然后利用单色光(632.8 nm)分别再现3个分色像,并在单色全息干版上记录其反射全息图,并分别对3个反射全息图进行不同的收缩处理,使其再现波长漂移到记录时的三原色波长;最后将3个反射全息图叠合形成夹层全息图即可再现出彩色像,并进行了实验验证.     

一种具有安全特性的压缩全息成像方法

本文提出一种具有安全特性的压缩全息成像技术来解决当下存在于全息成像方面的安全问题.该方法可以在全息成像场景过程中实现光学加密、光学隐藏和光学压缩功能,能够在保护图像信息安全的同时,实现对数据的压缩.该方法将主对象引入经典Mach-Zehnder干涉仪的参考路径中,实现参考波的空间调制,形成参考光场的二维空间分布.之后,对象信息被加密并隐藏到菲涅耳域中目标光束和参考光束的相干成像过程中的主目标信息中,实现对图像的安全保护;同时,安全物体全息图被进一步压缩采样,单像素检测器只需记录较少数据,就可表示原始成像对象.该技术大大减少了对象的数据采集量,可以在纯光系统下安全地获得压缩对象,这是全息成像方法的一大突破,也有望突破全息影像在3DTV、医学诊断、实时全息TV等领域中,影像数据量受限的瓶颈.凭借全光学手段实现光学安全的可行性,本文提出的方法对实现全光网络、近地和星际激光通信链路等方面也有重要参考意义.     

光谱层析成像法重建温度场

介绍一种用高速分层摄像控制系统重建火焰温度场的方法。连续的三维发光体可以看成若干个互相平行的二维发光断层的组合 ,对发光体某断层进行聚焦摄像 ,得到的图像是该断层的高斯像和其它断层的离焦像的叠加像。对不同断层分别快速聚焦摄像 ,得到一组辐射图像 ,采用图像反演算法 ,可以重建各断层的原始图像 ,运用彩色三基色测温方法 ,处理所得到的原始图像 ,即可建立火焰的三维温度场。通过蜡烛火焰的试验 ,验证了该方法的可行性     

非零炮检距菲涅耳带研究

菲涅耳带是衡量地震横向分辨率的一个重要参数。对水平界面和倾斜界面两种情况下的非零炮检距菲涅耳带方程进行了理论推导,给出了相应的数值算例,指出了菲涅耳带在非零炮检距情况下表现为椭圆的性质,并对非零炮检距情况下地震绕射波能量的主要分布范围做了定量阐述。研究结果表明,炮检距是影响菲涅耳带椭圆大小和形状的主要因素,炮检距越大,椭圆面积越大,离心率也越大。界面倾角对椭圆大小和形状的影响相对微小可以忽略不计,但界面倾角却是影响椭圆中心位置偏离反射点程度的主要因素,倾角越大,椭圆中心在反射点下倾方向上偏离得越远。这一结论对于指导野外观测系统的设计和资料处理参数的选择都有积极的指导意义,同时也是对常规意义下菲涅耳带概念的扩充。