1 战略支援部队信息工程大学基础部，河南 郑州，450001
2 战略支援部队信息工程大学信息系统工程学院，成像与智能处理河南重点实验室，河南 郑州 450001
光子计数型能谱计算机断层扫描（CT）已成为CT成像领域的最新技术，建立精确的噪声模型可以为开发高效的能谱重建算法和降低辐射剂量提供理论支撑。通过对光子计数型能谱CT投影数据噪声进行深入分析和理论推导，提出了能谱CT投影数据噪声的p-范分布模型。首先，综合考虑光子计数探测器能量采集中的光子统计波动和电子热噪声，利用贝叶斯公式推导噪声分布模型。然后经过投影数据的密度函数拟合验证、拟合优度检验等实验环节对所提理论模型进行检验。结果表明，相比于传统分布模型，所提分布模型能够更加精准地刻画光子计数型能谱CT成像机理和物理过程。最后，对投影数据观测序列进行时间序列分析，并将预测得到的结果用于修复异常值。从仿真实验结果和实际数据实验结果可以看出，该预测值具有良好的修复效果。
光子计数型能谱计算机断层扫描 投影数据噪声 拟合优度检验 一元p-范分布 时间序列分析
1 辽宁科技大学计算机与软件工程学院, 辽宁 鞍山 114051
2 辽宁科技大学电子与信息工程学院, 辽宁 鞍山 114051
多光谱图像比常见的三通道图像能够携带更多的数据信息来表示颜色, 因此大大提高了存储与传输此类信息所需要的难度。 为了解决以上问题, 研究人员提出一种将多光谱数据在存储与传输前进行压缩, 并在使用时通过过渡连接空间(ICS)对压缩数据进行重建, 而过渡连接空间决定了转换的效果。 Derhak等［JIST, 50: 53-63, 2006］提出了一种名为LabPQR的6个维度的ICS。 这个空间的前三个维度是给定光谱r在指定光观察环境(用加权表矩阵H表示)下的三刺激值向量t, 后三个维度是同色异谱黑rb在由主成分分析获得的同色异谱黑空间前三个基向量(记为矩阵B)下的组合系数tPQR。 同色异谱黑rb由基于三刺激值t的光谱分解式rb=r-Mt给出, 这里的映射矩阵M为熟知的“R-矩阵”, 同色异谱黑空间是由光谱图像数据或独立反射率训练集对应的所有同色异谱黑构成。 重建的反射率rp=Mt+BtPQR。 该研究提出一个改进的LabPQR过渡连接空间, 记为MLabPQR。 两者之间的差别就在于光谱分解式中的映射矩阵M的选取。 该方法选取M为“Wiener估计矩阵”。 Wiener估计矩阵不仅依赖于光环境H, 而且还依赖于训练光谱数据, 因此期望通过Wiener估计矩阵更能反映出光谱图像的光谱特性, 从而提高反射率重建精度。 使用NCS光谱反射率数据和一幅光谱图像作为测试样本, 分别用Munsell反射率数据集和测试样本集作为训练样本。 采用均方根误差(RMSE)和拟合优度系数(GFC)为重建光谱精度指标, 以CIELAB色差为色度精度指标对本方法进行综合评估, 并与现有的LabPQR、 LabRGB、 XYZLMS和LabW2P ICSs进行比较。 比较结果表明, 该研究的新ICS不论从光谱精度还是色度精度都优于其他ICSs。 因此新方法对光谱反射率压缩及跨媒体多光谱图像再现等相关领域有着重要的应用价值。
过渡连接空间 光谱压缩重建 维纳估计 均方根误差 拟合优度系数 Interim connection space Spectral compression and reconstruction Wiener estimation Root mean square error (RMSE) Goodness of fit coefficient (GFC) 光谱学与光谱分析
2023, 43(11): 3347
为了实现微小角度的精密测量, 提出一种基于最小二乘拟合波矢估计实现角位移测量的方法, 利用全息理论和采样定理二次曝光记录两幅全息图, 通过角谱分析求解测量光相位信息的相关参数, 进行波矢估计并求解两次波矢存在的角位移关系, 使用计算机仿真验证了该方法的可行性和准确性并分析了像素尺寸、像素数和信噪比对测量精度的影响,用实验验证了理论计算结果与实验测定结果的一致性。实验表明,在CCD像素数不低于1000pixel,像素尺寸不小于4.6μm,信噪比不低于20dB的情况下,测量方法可实现3.9°范围内的准确测量, 测量的均值误差控制在2.5×10-7rad内, 测量的标准差控制在2.0×10-7rad内。
数字全息 最小二乘拟合 波矢估计 角位移测量 digital holography least square fit wave vector estimation angle displacement measurement
北京北方华创真空技术有限公司, 北京 100015
光伏产业的发展使得对硅材料的需求日益增加, 同时硅单晶生产行业竞争也日趋激烈。作为生产硅单晶的重要装备, 单晶炉的稳定性和可靠性关系到硅单晶生产效率的提升和成本的下降, 因此其驱动系统的设计和优化成为装备制造的关键环节。本文以NVT-HG2000-V1型硅单晶生长炉的驱动系统为研究对象, 用SolidWorks三维建模实现虚拟装配, 采用ADAMS建立其动力学仿真模型, 并对驱动系统的运动过程进行仿真模拟。采用控制变量法定量分析了铜套与升降轴的配合间隙及丝杠参数对驱动力和驱动力矩的影响规律, 进而在提高硅单晶生长炉装备稳定性和可靠性方面给出合理的技术建议。结果表明, 铜套与升降轴的配合间隙达到0.071 mm后能有效降低驱动系统运行所需驱动力矩, 丝杠倾斜度、螺纹螺距与螺纹间摩擦系数的增大均会导致驱动系统运行所需力矩大幅增加。
硅单晶 单晶炉 驱动系统 配合间隙 丝杠 仿真模拟 monocrystalline silicon single crystal furnace drive system fit clearance screw simulation
中国工程物理研究院 激光聚变研究中心，四川绵阳621900
针对过盈微装配中弱微零件易损的问题，以激光惯性约束聚变（Inertial Confinement Fusion，ICF）研究中微靶关键部件—冷冻罩（Thermomechanical Package，TMP）组件装配作为研究对象，开展弱微零件过盈装配方法研究。首先，针对装配空间狭小及存在视觉遮挡，导致难以实现装配过程中硅臂形变检测的问题，提出了基于灰度变化的形变检测方法并建立了小爪灰度—形变模型；然后，针对受到显微视觉检测精度影响，硅臂与套筒微小位姿偏差不易检测的问题，基于硅臂受力变形情况分析，提出了硅臂与套筒位姿偏差定性判断方法，实现两者微小位姿偏差的检测；最后，基于零件灰度变化及几何分析，提出了微装配过程位姿偏差定量计算方法并设计了过盈装配控制策略。实验结果证明了所提方法的有效性，并且实现了过盈20~26 μm的TMP组件无损装配。该方法适用于微机电系统制造中微轴孔过盈装配。
弱微零件 形变控制 过盈装配 微装配 weak micro-parts deformation control interference fit micro-assembly 光学 精密工程
2021, 29(10): 2421
1 中国科学院 微电子研究所，北京 100029
2 中国科学院大学，北京 100049
3 中国科学院大学 微电子学院，北京 100049
为了更好地描述X波段小擦地角海杂波建模中出现的重拖尾现象，研究WW分布建模方法及其统计特性，进而改善统计分布模型对海杂波数据的拟合效果。基于X波段海杂波实测数据，分析在不同海况和极化方式下两重韦布尔(WW)分布对海杂波实测数据的拟合效果。通过其与韦布尔分布、对数正态分布、K分布等统计分布模型拟合优度检验的对比，表明WW分布可以很好地拟合具有重拖尾现象的海杂波数据。此外，WW分布能够在不同极化域内准确地描述海杂波的统计特性，具有较好的海杂波幅度分布统计建模能力。
海杂波 WW分布 小擦地角 拟合优度 统计建模 sea clutter WW distribution low grazing angle goodness-of-fit statistical modeling 太赫兹科学与电子信息学报
2021, 19(5): 916
内蒙古科技大学, 内蒙古自治区白云鄂博矿多金属资源综合利用重点实验室, 内蒙古 包头 014010
目前浮选提高重晶石品位的方法通常采用新型浮选药剂从低品位重晶石矿中进行分选, 采用微波加热预处理矿物可提高浮选回收率, 但微波对浮选药剂与矿物的作用机理还不清楚。 微波加热技术近年来用于矿物加工、 冶金与材料制备等领域, 具有反应速度快、 产品指标高等优点。 以油酸钠为捕收剂, 对微波预处理后的重晶石纯矿物进行浮选, 并对不同微波作用时间下的重晶石浮选样品进行红外光谱检测, 通过红外拟合平滑光谱和二阶导数光谱计算分析, 研究微波对重晶石浮选的影响机理。 浮选试验结果表明, 未经微波预处理的重晶石, 在油酸钠用量为55 mg·L-1、 pH值为8.0的条件下, 浮选指标最佳, 回收率为91.41%; 而对比之下, 经微波作用后的重晶石进行浮选, 随着微波处理时间的增加浮选指标逐渐提高, 且在微波作用60s时的回收率最高, 达95.27%。 基于浮选试验的红外光谱分析表明, 重晶石未经微波预处理进行浮选, 与油酸钠作用, 在波数为3 004 cm-1处—CH2—的对称伸缩振动峰、 2 953 cm-1处—CH3的反对称伸缩振动峰、 1 119和1 077 cm-1处$SO^{2}_{4}$的非对称伸缩振动峰均发生了红移, 说明油酸钠在重晶石表面发生化学吸附; 而经微波预处理后的重晶石浮选时, 在波数为2 853 cm-1处—CH2—对称伸缩振动峰、 2 923 cm-1处—CH2—反对称伸缩振动峰、 2 958 cm-1处—CH3反对称伸缩振动峰、 1 181, 1 122和1 086 cm-1处$SO^{2}_{4}$非对称伸缩振动峰、 982 cm-1处$SO^{2}_{4}$对称伸缩振动峰、 635和610 cm-1处$SO^{2}_{4}$弯曲振动峰, 其峰位并未发生红移, 但峰强随着微波作用时间的增加明显加强, 且微波作用60 s时其峰强增加最明显; 对微波处理后的红外光谱进行拟合平滑光谱和二阶导数光谱计算发现, 在波数为2 958, 2 923, 2 853, 1 181, 1 122, 1 086, 982, 635和610 cm-1处峰面积均有不同程度的增加, 且在微波作用60s时峰面积分别增加了1.84%, 259.12%, 761.15%, 235.72%, 145.61%, 198.50%, 641.16%, 549.67%和744.97%, 表明微波预处理并未诱发重晶石表面发生化学反应, 但强化了捕收剂油酸钠与重晶石矿之间的化学吸附, 使其与重晶石表面的化学吸附更加致密, 吸附量增加, 因此重晶石回收率增加, 浮选指标提高。
傅里叶变换红外光谱 微波 重晶石 拟合平滑光谱 二阶导数光谱 FTIR Microwave Barite Fit smooth spectrum Second derivative spectrum 光谱学与光谱分析
2021, 41(10): 3083
1 长春工业大学电气与电子工程学院, 吉林 长春 130012
2 长春理工大学理学院, 吉林 长春 130022
为促进LIBS技术在土壤微量重金属元素检测中的应用, 提高特征谱线的光谱强度和信背比, 对实验参数进行优化, 并对Cr元素进行分析。 首先对激光器激发能量、 样品距透镜距离和光谱仪采集延时等实验参数进行优化。 对比激光器能量从60 mJ到110 mJ的谱线强度和信背比, 当选用90 mJ的激发能量时可以得到最佳实验结果。 其次, 选择不同样品到透镜的距离, 对比从焦前5 mm到焦后5 mm得到的实验结果, 得出样品与透镜距离为焦后1 mm(即聚焦位置121 mm)时, Cr元素的特征谱线和信背比达到最佳。 最后, 分析对比光谱仪采集延时对谱线强度和信背比的影响, 结果显示, 与能量对等离子辐射强度的影响趋势大致相同, 当采集延时为1 000 ns时, 实验结果最佳。 在最佳实验条件下(即激光器能量90 mJ、 聚焦位置121 mm、 采集延时1 000 ns), 对12种含有重金属Cr元素的土壤样品进行了光谱检测, 为减弱外界环境的干扰, 对同一样品的10个激光烧蚀位置得到的光谱做平均值预处理, 选择Cr(Ⅰ)357.86 nm, Cr(Ⅰ)425.44 nm, Cr(Ⅰ)427.49 nm为特征谱线, 通过建立样品掺杂浓度和光谱强度的定标曲线, 得到了三条谱线的检测限LOD分别为74.62, 64.07和67.49 mg·kg-1, 拟合优度值R2分别为0.98, 0.97和0.99, 均方根误差值RMSE分别为0.41, 0.33和0.35。 同时, 引入偏最小二乘法及支持向量机算法进一步提高了定标模型精度。 研究表明, 通过对实验参数进行优化及改善LIBS技术对微量元素的定量探测参数, 得到了最优的光谱强度和信背比, 并通过对Cr元素进行定量分析, 计算定标曲线的Lorenz拟合得到检测限、 拟合优度和均方根误差等实验参数, 提高了LIBS对土壤中重金属元素的检测精度, 这对于利用LIBS技术检测微量重金属元素具有重要的参考意义。
激光诱导击穿光谱 检测限 拟合优度 均方根误差 Laser induced breakdown spectroscopy Limit of detection The goodness-of-fit values RMSE
Author Affiliations
Abstract
State Key Lab of Modern Optical Instrumentation College of Optical Science and Engineering Zhejiang University Hangzhou 310027, P. R. China
We propose a k-domain spline interpolation method with constrained polynomial fit based on spectral phase in swept-source optical coherence tomography (SS-OCT). A Mach–Zehnder interferometer (MZI) unit is connected to the swept-source of the SS-OCT system to generate calibration signal in sync with the fetching of interference spectra. The spectral phase of the calibration signal is extracted by Hilbert transformation. The fitted phase–time relationship is obtained by polynomial fitting with the constraint of passing through the central spectral phase. The fitting curve is then adopted for k-domain uniform interpolation based on evenly spaced phase. In comparison with conventional k-domain spline interpolation, the proposed method leads to improved axial resolution and peak response of the axial point spread function (PSF) of the SS-OCT system. Enhanced performance resulting from the proposed method is further verified by OCT imaging of a home-constructed microspheres-agar sample and a fresh lemon. Besides SS-OCT, the proposed method is believed to be applicable to spectral domain OCT as well.
Optical coherence tomography interpolation constrained polynomial fit Journal of Innovative Optical Health Sciences
2021, 14(1): 2140008
为了解决传统印刷电路板(PCB)中定位标识圆(Mark圆)的检测精度和准确率不高的问题, 采用曲线拟合及优化拟合算法改善Mark圆检测方式并进行了理论分析, 通过使用微软基础类库嵌入标准的机器视觉算法包HALCON的方法搭建检测平台并进行了实验验证。结果表明, 该方法检测成功率可达97%, 检测精度在0.3pixel以下, 检测时间小于100ms, 解决了传统PCB中Mark圆检测精度不高的问题, 同时大量测试数据显示, 在图像发生平移、旋转、缩放的环境下, 仍能保证较好的检测效果。该研究对实际PCB生产检测具有一定借鉴意义。
图像处理 Mark检测 微软基础类库嵌入HALCON算法包 曲线拟合 优化拟合 激光加工 image procession Mark detection microsoft foundation classes embedded in HALCON al curve fitting optimization fit laser processing
