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Abstract
Key Laboratory of Optoelectronic Devices and Systems of Ministry of Education and Guangdong Province, College of Physics and Optoelectronic Engineering, Shenzhen University, Shenzhen 518060, China
Multiphoton microscopy is the enabling tool for biomedical research, but the aberrations of biological tissues have limited its imaging performance. Adaptive optics (AO) has been developed to partially overcome aberration to restore imaging performance. For indirect AO, algorithm is the key to its successful implementation. Here, based on the fact that indirect AO has an analogy to the black-box optimization problem, we successfully apply the covariance matrix adaptation evolution strategy (CMA-ES) used in the latter, to indirect AO in multiphoton microscopy (MPM). Compared with the traditional genetic algorithm (GA), our algorithm has a greater improvement in convergence speed and convergence accuracy, which provides the possibility of realizing real-time dynamic aberration correction for deep in vivo biological tissues.
multiphoton microscopy 1700-nm window adaptive optics covariance matrix adaptation evolution strategy Chinese Optics Letters
2023, 21(5): 051701
1 华东师范大学, 精密光谱科学与技术国家重点实验室 上海 200062
2 中国科学院, 超强激光科学卓越创新中心 上海 201800
3 山西大学, 极端光学协同创新中心 山西 太原 030006
纠缠是一种重要的量子资源, 其可以广泛应用于量子通信、量子计算和量子计量学。本文提出联合三个四波混频过程产生四组份纠缠的新方案, 利用部分转置正定判据理论研究了四组份纠缠强度随三个四波混频过程增益的变化关系。结果表明此系统产生了真正的四组份纠缠, 且纠缠强度随三个四波混频过程增益的增大而增强。进一步分析了系统各输出场的本征值和本征模, 研究发现此系统由四个独立的单模压缩态组成。我们的理论结果为实验产生四组份纠缠资源提供了可行性方案和理论支持。
四波混频 多组份纠缠 部分转置正定判据 协方差矩阵 four-wave mixing multipartite entanglement positivity under partial transposition criterion covariance matrix
1 西藏自治区水文水资源勘测局，西藏 拉萨 850000
2 水利部南京水利水文自动化研究所，江苏 南京 210044
针对Capon波束形成在误差条件下敏感性问题，提出一种基于协方差矩阵重构的鲁棒波束形成算法。算法将信号集中出现的空域划分为干扰区域和信号区域，接着将两个区域划分为若干相互独立不重叠的部分，对干扰区域积分，构造出干扰协方差矩阵；再利用采样协方差矩阵特征分解后的最小特征值重构出噪声协方差矩阵；最后对期望信号导向矢量误差进行环不确定集建模，并在期望信号导向矢量环不确定集上进行Capon谱积分来估计期望信号协方差矩阵，根据其主特征矢量获取期望信号导向矢量。仿真表明，与传统鲁棒波束形成算法相比，此方法在不同快拍数以及输入信噪比条件下，性能更加优异且稳定，同时计算量较小。
协方差矩阵重构 自适应波束形成 导向矢量估计 鲁棒性 reconstruction of covariance matrix adaptive beamforming guidance vector estimation robustness 太赫兹科学与电子信息学报
2021, 19(6): 1002
河北科技大学 信息科学与工程学院，河北 石家庄 050000
全球卫星导航系统(GNSS)接收机在高速运动状态下时，干扰来向的快速变化会导致阵列抗干扰算法性能下降，为此，提出一种基于功率估计的抗干扰零陷展宽算法。根据特征值将采样协方差矩阵划分为信号子空间与噪声子空间，通过子空间投影确立信号导向矢量与功率的线性关系；利用线性关系估计干扰功率，并根据零陷展宽需求重新设定干扰区域内的信号功率；最后，以干扰区域内功率的估计值为基础重构干扰加噪声协方差矩阵，求解阵列权矢量。仿真表明，相比其他零陷展宽算法，所提算法在相同展宽下具有更深的零陷，阵列输出信干噪比也有所提升。
子空间估计 协方差矩阵重构 功率估计 零陷展宽 subspace estimation covariance matrix reconstruction power estimation null widening 太赫兹科学与电子信息学报
2021, 19(5): 838
1 上海第二工业大学 工学部，上海 201209
2 电子科技大学 信息与通信工程学院，四川 成都 611731
提出了一种基于CUT杂波特性直接估计的机载雷达训练样本选择算法。该方法直接利用CUT的子孔径协方差矩阵对杂波进行表征，由于估计过程不依赖训练样本，可不受样本中干扰目标影响。考虑到目标距离环中可能存在目标信号，所提算法采用CUT子孔径协方差矩阵的Capon谱对目标可能存在的区域以外进行积分重构，从而剔除协方差矩阵中的目标成分。相比于传统广义内积算法利用单拍数据计算检验统计量，基于CUT杂波特性直接估计算法以样本的子孔径协方差矩阵表征其特性，可使计算结果更加稳定。通过仿真实验表明，所提算法在筛选训练样本时更加准确。
雷达 子孔径 干扰目标信号 协方差矩阵重构 radar sub-aperture outliers covariance matrix reconstruction
1 昆明理工大学信息工程与自动化学院, 云南 昆明 650500
2 佛罗里达理工学院科学与工程学院, 美国佛罗里达 墨尔本 32901
针对多聚焦图像融合过程中,如何准确地检测聚焦区域以及克服检测过程中存在的配准错误和噪声敏感问题,提出一种结合滤波算子与双尺度分解的多聚焦图像融合算法。首先,对源图像进行高斯拉普拉斯滤波处理,并将获得的滤波图像与源图像作差分运算,分离出多源聚焦图像的高频信息;然后,利用基于结构的双尺度焦点度量方法对多源图像的边缘与局部高频信息进行分解处理,生成含有边缘互补信息的初始决策图;最后, 采用基于一致性检验方法对得到的初始决策图进行分步细化处理,生成融合决策图,并按照逐像素加权平均规则获得融合图像。实验结果表明,与其他聚焦策略相比,该聚焦区域检测方法对不同噪声具有更高的鲁棒性和更强的聚焦区域识别能力, 处理时间小于0.5 s。
图像处理 图像融合 高斯-拉普拉斯滤波算子 双尺度分解 梯度协方差矩阵 空间一致性验证 激光与光电子学进展
2021, 58(6): 0610010
1 陕西工业职业技术学院 航空工程学院，陕西 咸阳 712000
2 陕西工业职业技术学院 航空工程学院，陕西 咸阳 71200
3 贵州大学 公共大数据国家重点实验室，贵州 贵阳 550025
针对小样本背景下，存在相干信号、相位及阵元位置误差，传统波束形成方法性能不佳的问题，提出了基于迭代自适应法(IAA)的协方差矩阵重构稳健波束形成方法。该方法利用IAA估计出精确的功率谱，并进一步利用IAA估计的功率重构干扰协方差矩阵。重构过程中，将积分区域缩小到三维立体环域，减少无用信息的影响，提高了干扰协方差矩阵的重构精确度。最后通过波束形成抑制干扰信号。由于IAA不依赖于信号的非相干假设，解决了相干信号存在下的方位估计和功率估计。仿真表明，所提出的方法在相干信号、少快拍、相位及阵元位置误差同时存在的情况下，相对于其他波束形成方法，具有最优的信干噪比(SINR)输出，表明该方法具有优良的抑制干扰性能。
波束形成 相干干扰 迭代自适应法 协方差矩阵重构 beamforming coherent interference Iterative Adaptive Approach covariance matrix reconstruction 太赫兹科学与电子信息学报
2020, 18(5): 820
当数据中含有期望信号时, 自适应波束形成对以导向矢量失配为代表的失配误差非常敏感, 其性能急剧下降, 这一情况在同时存在移动干扰时将更为严重。针对移动干扰和模型误差同时存在的情况, 提出了一种基于协方差矩阵锥化和导向矢量估计的鲁棒自适应波束形成算法。该算法首先对协方差矩阵加权来增强协方差矩阵, 然后利用增强后的协方差矩阵估计实际导向矢量, 最后用增强协方差矩阵和估计后的导向矢量进行波束形成。仿真结果表明, 所提算法在展宽零陷的同时也具有一定的抗模型误差能力, 且提高了波束形成器对移动干扰和模型误差的鲁棒性。
信号处理 自适应波束形成 协方差矩阵锥化 导向矢量估计 鲁棒性 signal processing adaptive beamforming covariance matrix taper steering vector estimation robustness
内蒙古科技大学机械学院, 内蒙古 包头 014010
逆向工程中点云模型孔洞边界的检测是孔洞修补的前提,完美的孔洞轮廓线有利于提高孔洞修补的质量。首先参照二维图像中边界的定义,给出了三维点云模型中孔洞边界的定义;之后通过分析待测点邻域协方差矩阵特征值之间的关系,设计了一种边界点检测算子,用于初步提取孔洞边界特征点;然后采用改进的Kruskal最小生成树算法构建点云最小生成图,并在最小生成图中完成孔洞边界点的排序与孔洞轮廓线的提取。实验结果表明:所提边界检测算子步骤简单,算法效率高;基于计算机图论的孔洞轮廓线生成算法提取的孔洞轮廓线具有光滑、连续的优点,并且在生成轮廓线的同时完成了孔洞聚类。
检测 点云 协方差矩阵 逆向工程 边界检测 激光与光电子学进展
2020, 57(24): 242801
