光电编码器检测系统的误差主要受基准光电编码器测角误差、数据采集误差、检测系统同轴误差影响。其中，基准光电编码器的测角误差可进行补偿。因此设计了一种基于极度梯度提升树（extreme gradient boosting，XGBoost）机器学习的算法用来补偿基准光电编码器的误差。经该算法补偿后，静态精度提高了35倍，标准差由3.62″减小至0.13″，最大误差值由5.53″降低至0.39″。与传统的误差反传（back progagation，BP）神经网络算法以及径向基函数（radial basis function，RBF）神经网络算法补偿效果相比，XGBoost的补偿效果更优。XGBoost机器学习算法有效降低了基准光电编码器的测量误差，提高了光电编码器检测系统的检测精度。
光电编码器 误差补偿 XGBoost 检测精度 photoelectric encoder error compensation XGBoost accuracy of detection
光纤布喇光栅（FBG）在构成大型传感网络时，由于光源带宽有限会出现光谱重叠的问题。提出了一种人工蜂群（ABC）算法及改进ABC（IABC）算法的解调技术，结合谱形复用技术与IABC算法对光谱重叠中的各个光栅的波长进行识别，并对多个FBG传感系统进行实验仿真与分析。实验结果表明：IABC算法在多FBG传感复用系统中的解调误差不超过3.6 pm，解调时间不超过7 s，温度测量精度达0.5 ℃，解决了多个FBG传感网络部分重叠和完全重叠问题。
光纤布喇格光栅 传感网络 光谱重叠 解调算法 改进人工蜂群算法 fiber Bragg grating sensor network spectrum overlap demodulation algorithm improved artificial bee colony algorithm
上海电力大学 自动化工程学院, 上海 200090
针对低速率解调仪采样获得光纤布喇格光栅反射光谱解调精度低的缺点, 采用了一种基于小波变换的高斯(WTG)曲线拟合方法。利用小波变换对反射光谱信号进行分解, 对小波细节分量进行阈值量化处理, 在此基础上, 运用处理后的细节分量和近似分量对信号进行重构; 然后对重构后的信号插值并进行高斯曲线拟合, 使用Levenberg-Marquardt(LM)算法优化高斯拟合系数。仿真实验结果表明: 与直接寻峰算法、高斯拟合算法相比, WTG算法的峰值定位误差最小, 解调精度更高。
光纤布喇格光栅 小波变换 峰值定位 LM算法 高斯拟合 fiber Bragg grating wavelet transform peak positioning Levenberg-Marquardt algorithms Gauss fitting
暨南大学 理工学院 广州市可见光通信重点实验室，广东 广州 510632
针对单幅图像进行了无透镜显微成像的重构算法研究，介绍了无透镜显微成像系统实验装置和ASM（angle spectrum method）、改编后的L-R（Lucy-Richardson）两种重构算法。对比两种算法重构后的USAF分辨率板图像的分辨率，利用瑞利判据得出ASM获得的振幅图分辨率最高（即3.10 μm），且计算用时最少（即0.9 s），证明了ASM为最佳的单幅无透镜显微重构算法。其次，利用无透镜显微成像系统结合ASM重构的方法，进行细胞成像实验。该无透镜成像视场为5×显微镜的4.4倍，且分辨率介于5×及10×光学显微镜之间，统计学优势明显，在生物医学领域具有广阔的应用前景。
无透镜显微成像 L-R算法 ASM算法 单幅图像重构 lensless microscopic imaging L-R algorithm ASM algorithm reconstruction of single image
峰值定位在处理光纤布拉格光栅(FBG)反射信号的过程中至关重要。针对FBG反射信号的特点, 为了解决峰值定位过程中峰值重叠的问题, 提出一种适用于FBG反射信号的寻峰方法。采用基于连续小波变换的脊线寻峰算法, 研究了连续小波变换中小波系数与FBG反射信号的对应关系, 将脊线寻峰算法进行了改进并运用于峰值重叠FBG反射信号的峰值定位。实验结果表明, 改进的小波脊线寻峰算法可以有效解决FBG反射信号的波峰重叠问题, 减小了寻峰误差, 提高了峰值定位的精确度。
光纤光学 连续小波变换 脊线寻峰算法 光纤布拉格光栅 峰值定位 激光与光电子学进展
2017, 54(10): 100604
1 西南石油 大学机电工程学院, 成都 610500
2 中铁十一局城市轨道工程有限公司, 武汉 430000
针对传统人工目测法以及光阻检测法在葡萄糖注射液中不溶性微粒识别判断效率较低现象, 提出了一种背景差预处理与改进的Mean Shift算法相结合的微粒识别算法。利用高分辨率数码相机采集在一定照度下葡萄糖注射液中不溶性微粒产生散射光的序列数字图像。对序列数字图像进行预处理及并标定数字图像有效检测区域。建立序列数字图像背景模型并对背景噪声与随机噪声进行抑制处理。采用改进的Mean Shift算法对葡萄糖注射液中不溶性微粒进行目标跟踪。通过对序列数字图像中被检测对象的分割与特征提取, 实现了葡萄糖注射液中粒径在25μm以上不溶性微粒的识别。
光学测量 葡萄糖注射液 不溶性微粒 Mean Shift算法 序列数字图像 背景差 噪声抑制 optical measurement glucose injection insoluble particles mean shift algorithm sequential digital image background subtraction noise suppression
1 上海理工大学 光学与电子信息工程学院,上海 200093
2 上海电力学院 电力与自动化工程学院,上海 200090
3 上海理工大学 动力工程学院,上海 200093
在对3维粒子场全息图的数值重构过程中,为了提高和改善聚焦粒子再现像的对比度,减小直透光、孪生像以及离焦粒子像的影响,采用了1种数值处理方法,通过对数值重构出的2个聚焦与非聚焦面上粒子复振幅相减,可以将直透光、孪生像和离焦粒子像对聚焦粒子的影响同时减小,并给出了简要理论以及仿真、实验结果。结果表明,在同轴数字全息层析再现粒子场过程中,该方法适用于在某一聚焦面仅显示聚焦粒子; 此外,该过程仅需要一张全息图,而且不需要对全息图做预前和后期处理。
全息 同轴数字全息 焦深 粒子分析 离焦像 holography in-line digital holography depth of focus particle analysis defocused image
1 上海理工大学 光学与电子信息工程学院,上海 200093
2 上海电力学院 电力与自动化工程学院,上海 200090
3 上海理工大学 动力工程学院,上海 200093
为了减小由于同轴数字全息系统的较大焦深而导致粒子的轴向深度定位具有的不确定性,本文提出了一种用于粒子轴向精确定位的基于最大梯度的自动聚焦算法。自动聚焦算法对包含粒子的对焦窗口中求出任意可能方向的梯度,比较后得到最大的梯度,利用最大的梯度作为最后的结果,其它的则丢弃。同时,考虑到自动聚焦算法的精确度和算法的稳定性,再引入阈值参数,利用这个阈值可以很好地滤除粒子再现像中的背景信息和噪声带来的干扰。经实验表明,该算法具有较好的单峰性和稳定性。
数字全息 粒子轴向定位 自动聚焦 焦深 digital holography axial location of particle auto-focusing focus depth
1 上海理工大学 光学与电子信息工程学院，上海 200093；上海电力学院 电力与自动化工程学院，上海 200090
2 上海理工大学 光学与电子信息工程学院，上海 200093
3 上海理工大学 动力工程学院，上海 200093
4 上海电力学院 电力与自动化工程学院，上海 200090
记录着不同深度位置的粒子全息图在数值重构过程中由于直透光、孪生像的影响以及离焦粒子像的存在，导致了聚焦粒子再现像质量的下降。针对这一问题，本文提出一种数值处理方法来减小上述三因素对聚焦粒子再现像的影响。该方法通过对数值重构出的两个聚焦与非聚焦面上粒子复振幅相减，将直透光、孪生像和离焦粒子像对聚焦粒子的影响同时减小，因此提高和改善了聚焦粒子再现像的对比度。在同轴数字全息层析再现粒子场过程中，该方法适用于在某一聚焦面仅显示聚焦粒子。此外，该过程仅需要一张全息图，而且不需要对全息图做预前和后期处理。给出了简要理论以及仿真、实验结果。
数字全息 粒子分析 焦深 离焦像 digital holography particles analysis focal depth defocused image
1 上海电力学院 电力与自动化工程学院, 上海 200090
2 上海理工大学光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
3 上海理工大学动力工程学院, 上海 200093
采用同轴数字全息技术测量研究粒子场, 由于直透光、孪生像等因素的影响, 以及焦深(DOF)通常是粒子直径的数十倍以上, 造成了粒子轴向定位精度普遍较低。通过分析影响焦深大小的因素, 采用增大系统的数值孔径, 即减小记录距离可以明显降低焦深, 并提出一种用于粒子轴向定位的基于最大梯度的自动聚焦算法。自动聚焦算法中通过选择适当大小的对焦窗口将再现粒子包含在内, 对粒子边缘识别区域的任意可能的梯度方向都求出它的梯度, 利用比较后得到最大的梯度, 作为自动聚焦判别数据。同时, 考虑到算法的精确度和稳定性, 引入了阈值参数。经仿真和实验表明, 该算法具有较好的单峰性和稳定性, 可减小焦深对粒子轴向定位精度的影响。
全息 自动聚焦 焦深 数值重构
