SPM在生物医学扫描中的非线性研究与校正

在生物医学领域,使用扫描探针显微镜可以扫描细胞、染色体、蛋白质图像,但是,SPM的压电驱动机构非线性会造成扫描图像失真.为克服该问题,需要建立非线性校正模型,在建模过程中,如何准确而可靠地获取图像特征点是建模过程中至关重要的一步.该文就如何通过图像识别技术实现计算机自动标定的方法作了介绍.     

扫描探针显微镜漂移的定量测量方法

对扫描探针显微镜(SPM)仪器漂移的定量测量的几种方法进行探讨,提出应用二维零位标记进行漂移测量.分析比较使用普通样品、周期二维光栅、二维零位标记和原子光栅在测定仪器漂移中的优缺点.结果表明:应用二维零位标记的测量技术对探针与样品形貌耦合引起的图像误差不敏感,漂移测量范围不受光栅单元尺寸影响.该方法优于采用普通样品和规则周期的二维光栅样品的方法,而应用原子光栅可以预计达到亚原子量级的超高精度的SPM漂移测量.     

全井眼地层微成像仪测井图像失真的恢复技术

基于全井眼地层微成像仪(FMI)的仪器结构和测量原理,对井下仪器的运动状态进行分析,推导出描述仪器运动状态的微分方程,在此基础上对仪器的遇卡-解卡事件进行识别,然后利用卡尔曼滤波方法对井下仪器的运动状态作出最佳估计,得到原始采样数据的真实深度,最后利用Akima插值算法对极板数据进行重采样并生成成像图像.结果表明:经过校正后生成的FMI图像有效地消除了由于井下仪器的非匀速运动引起的拉伸、压缩、扭曲等图像失真现象,恢复了地层的原貌.该技术不仅适用于FMI成像测井,同样适用于其他进行了加速度测量的成像测井,具有推广应用价值.     

女性阿尔茨海默病患者静息态功能磁共振图像FC分析

利用静息态功能磁共振对阿尔茨海默病(Alzheimer disease,AD)患者发病机制和病理过程的研究结果表明AD患者脑功能的改变早于脑结构的改变,女性患病率是男性的2倍.针对不同年龄段女性患者静息态功能磁共振成像(resting-state functional magnetic resonance imaging,rs-fMRI),基于SPM(statistical parametric mapping,SPM)对图像进行时间上的时间层校正以消除时间差;空间上的头动校正、归一化、平滑等操作降低个体间差异.采用独立分量分析(independent component analysis,ICA)及聚类等方法进行盲源分离和稳定性分析,通过统计检验及组间对比研究女性患者各脑区之间的连接关系及其强弱,进而判断功能连接(functional connectivity,FC)差异,为女性AD患者临床前期诊断提供参考.     

扫描探针显微技术应用于工业技术领域的几个相关问题

 前言80年代开始陆续发明的各类扫描探针显微镜(ScanningProbeMicroscope,简称SPM)首先是一种表面分析仪器。随着研究的探入, SPM自身功能和其应用领域在不断增强和扩大, 在纳米材料学、纳米电子学、纳米生物学、纳米化学、纳米机械工程等方面都得到广泛应用。目前已有20多种扫描探针仪器可以得到原子或接近原子分辨率的各类物理特征图像。SPM主要用于自然科学的研究, 但近年已有相当数量的SPM用于工业技术领域, 成为解决工业技术问题的新工具。     

干涉成像光谱仪的定标技术

针对干涉成像光谱仪的原理、特点及对定标内容的要求,从图像的均匀性定标、光电响应的线性度及绝对光谱辐射度定标几个方面研究了实验室条件下定标的内容与方法,得出了光电响应的线性拟合曲线方程,以及均匀性定标的校正系数和绝对光谱辐射度定标的系数,并将校正系数应用于图像数据的处理;分析了影响干涉成像光谱仪定标精度的主要因素,以此确定仪器的绝对光谱辐射度定标精度.     

基于虚拟仪器技术的SPM通用平台的设计

论文采用虚拟仪器技术开发SPM通用平台,为SPM的设计提供了一种新方法,使SPM成为通用、开放、兼容的仪器体系。能迅速扩展仪器的功能和种类。硬件采用PXI平台,软件采用LabVIEW平台包括LabVIEW FPGA模块、LabVIEW实时模块和PID模块等。系统具有开发周期短、开发成本低、维护方便,易于应用新理论、新算法和新技术等优点。     

高精度测量的特种SPM技术及仪器

测量过程中,测量的准确程度与测量仪器间的作用力是极其重要的,为此需准确测量微纳尺度材料的机械、电子、磁、光以及化学特性.同时,扫描探针显微镜(Scanning Probe Microscope,SPM)及其相关技术拥有确定探针针尖与样品间作用力的能力,因此,本文主要就微纳尺度的高精度SPM测量技术及仪器做一简单的介绍和回顾.首先介绍了原子力显微镜(Atomic Force Microscope,AFM)、扫描隧道显微镜(Scanning Tunnel Microscope,STM)及其相关技术原理,其次重点介绍了常温/低温STM、自旋极化(Spin Polarization,SP)-STM、AFM等仪器本身的关键技术及搭建难点,并介绍了运用上述仪器取得的典型成果;再次,介绍了国内外运用极端环境(超低温、超高真空)与常温、大气环境的AFM、STM在特殊区域微纳尺度测量、基于探针技术的微纳电子器件表征与控制,以及SPM操控技术的典型成果最新进展;最后,介绍了本研究小组运用超高真空AFM在磁性材料表征与测量方面的进展.总之,通过本文对SPM高精度测量及其应用的回顾与介绍,对SPM的关键组成部分、关键技术及最新发展有了更深的认识.SPM的先进性、用户的友好体验以及具有鲜明应用指向性的特点,有望在原子/分子科学、纳机电系统(Nanoelectro Mechanical System,NEMS)等领域有重要的应用.     

基于最优解的数字成像系统色彩校正方法

由于受图像传感器光谱响应灵敏度、镜头光谱透过率等因素影响,数字成像系统的成像过程可能会带来图像颜色的失真.而图像的颜色信息往往是进行图像分析的重要依据,对数码成像系统的彩色还原性评价、检测以及校正方法进行研究具有重要的意义.在CIELAB色度空间采用数学方法,求出校正矩阵最优解,进而对图像的色彩进行校正.通过对标准色块标板图像进行实验,发现最优解法校正后的图像各个色块色差值均有减小,实现了对标准色板全部色块颜色的综合校正.     

基于控制点鲁棒提取的视觉成像畸变校正方法

基于控制点的摄像机视觉成像畸变校正过程中,控制点自动提取困难且误差较大,因此难以实现动态图像的在线准确校正.针对目前控制点提取校正方法的局限性,提出了基于鲁棒性好的控制点匹配提取校正方法.该方法在实现控制点的自动、精确、鲁棒提取的基础上,建立畸变图像与原始图像的最优次数多项式映射模型,并结合双线性插值运算对图像进行校正.该校正算法应用结果表明:该方法在图像识别系统中实现了快速、精确的图像畸变校正,校正误差为0.037像素.     

地统计学的GIS空间分析功能扩展

随着各行各业对GIS的广泛应用，人们越来越希望在一个统一的GIS软件包界面下同时完成各种各样的空间分析，因此将传统的空间分析方法与GIS相结合一直受到关注．文中利用ArcView下的编程语言Aveneu，实现地统计学分析方法与GIS软件的链接．GIS软件包扩展模块的地统计学分析方法，除经典的克里格系列方法外还包括一定的模拟方法，如概率场模拟、高斯序列模拟和模拟退火等方法．     

微机辅助教育系统局域网设计与实现

培养学生的编程能力,以高级程序语言课的教学实践为最基本的一个环节。我们试图采用分布式网络系统——微机局域网络,配以各种的教学软件包,运用CAI教学方式,进行PASCAL程序设计语言课的教学。微型计算机可以单机使用,也可以联网运行。在取得经验后,扩充教育网功能,以支持多门课程的CAI教学。     

通用图形支持软件包在CAD中的应用研究

1 问题的提出 计算机辅助设计技术自50年代后期出现以来,经过几十年的发展,至今已成为一门相当成熟的设计工具,并逐渐形成了专门的CAD工业。然而,由于构成CAD系统的硬件和支持软件系统各不相同,它们之间通用性差,甚至许多CAD系统相互之间根本无法通用,这就大大限制了CAD系统的综合开发与应用,为CAD系统的兼容和移植带来了无法克服的障碍。针对这一问题,本文提出了以通用图形支持软件包为基础的方法,解决了在一定范围内不同CAD系统的通用及兼容性问题。     

基于开放式结构的并联机床数控系统建造

结合并联机床数控采用以“PC＋适配器”为硬件平台,以Windows操作系统为软件平台建造样机的开放式数控系统,着重研究数控系统的总体方案、硬件平台建筑技术、多任务实时调度策略、用户界面设计技术及并联机床仿真技术,并按照软件工程思想编制了数控系统软件。     

基于软件工程与多模块的工业图像在线处理系统

为了提高工业图像处理效率,通过开发一站式软件系统,设计了一种基于软件工程与多模块的工业图像在线处理系统。首先,开发一个基于图像帧文件联合存储的图像制式合并模块,将数百图像帧合并为一个便于传输和管理的大文件。然后,设计一种基于人机交互的图像浏览模块,实现图像特征标注与浏览。随后,结合线程机制与百度云OSS,开发上传模块,达到远程存储与分析的目的,并将图像分析模块与图文报告模块融合,自动给出工业图像分析结果。最后,基于QTcreator开发平台与QT语言编程来实现各个模块的功能。测试结果显示:与单一模块的图像处理系统相比,所提系统具有更好的在线处理性能,具备更高的作业稳定时间。     

MATLAB与可视化的电力系统分析软件包

利用MATLAB与VisualC ++计算机技术开发了电力系统短路电流计算、潮流计算、稳定分析计算等可视化教学研究软件。并通过算例的测试 ,表明该软件系统可用于高等院校电力系统的计算机辅助教学、在职人员培训及相关的科研工作中     

面向模式识别和图象处理的软件开发环境

本文介绍的软件环境是面向模式识别和图象处理(PRIP)语言——EPPPI的集成化软件开发环境。该语言有机地综合了PASCAL和PROLOG的功能,形成一种兼有过程式和陈述式特点的新风格语言。该环境在EPPPI语言的上面设置了三个层次的工具:语法制导编辑器,PDL/EPPPI详细设计和模块设计。文中介绍了各部分的原理和特点。     

应用Stan软件包实现IRT模型的贝叶斯参数估计

Stan是一个新的用于估计指定统计模型的概率编程语言,它使用了强大而高效的汉密尔顿蒙特卡罗(Hamiltonian Monte Carlo,HMC)抽样算法,相比较传统的Gibbs抽样和Metropolis算法具有显著的效率提升.R软件包“rstan” 链接了R与Stan 2个软件,使得Stan可以借助R的计算环境运行.首先,该文通过3参数Logistic(3PL)模型代码介绍了Stan的程序语言; 其次,该文使用Stan计算2个评估模型-数据拟合的全新指标WAIC和LOO,为应用Stan进行IRT模型相关研究提供了有效的参考工具; 最后,该文还采用了2个真实数据分别考察了Stan在单维IRT模型和多维IRT模型参数估计中的运行表现.研究结果表明:采用一个新的贝叶斯统计软件Stan,通过2个实证研究验证了该方法的有效性与可行性,为国内学者应用Stan进行IRT模型相关研究提供了有效的参考资料.     

多目标模拟优化的一种新算法

本文运用顺序优先级目的规划的思想和响应曲面法,提出了一种解决多目标模拟优化问题的新算法。文中给出了以GASPⅣ语言为基础的模拟优化软件。     

MATLAB在数字图像处理教学中的应用

数字图像处理是电子信息专业高年级学生的一门专业课程,其教学特点是如何利用计算机来完成图像的处理,这必然要求学生熟练掌握一门计算机编程语言来实现课程中的算法。MATLAB作为一款强大的科学计算软件,易学易用,而且自身有大量的工具箱函数可供调用,大大降低了程序编写和调试的难度,非常适合在教学科研中使用。