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2007 年第 7 期

论文

化学刻蚀的光学元件面形修复
项震,侯晶,聂传继,许乔,张清华,王健,李瑞洁
2007, 15(7): 997-1001.

摘要：采用化学加工方法对光学元器件进行面形加工,可以避免传统的抛光工艺带来的亚表面缺陷和表面污染。实验中利用Marangoni界面效应有效控制化学液的驻留时间和驻留面积,并通过数控系统实现编程控制加工,进行了面形修复实验,利用轮廓仪测量了加工前后的表面粗糙度。结果表明,采用拼接小去除量多次加工的方法,有效地降低了面形误差,面形值由1.32 λ(λ=632 nm)减少到0.66 λ,粗糙度基本维持不变。利用此实验装置使基片面形得到修复,避免了传统加工方式带来的亚表面缺陷等问题,有利于强激光系统的使用。
关键词：光学元器件;化学刻蚀;面形修复;Marangoni界面效应;粗糙度

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发布时间：2020-08-12
用有限元和灵敏度分析法改善光学头力矩器高频动态特性
张布卿,马建设,潘龙法,汝继刚
2007, 15(7): 1002-1008.

摘要：在分析了力矩器高频共振机理的基础上,通过有限元仿真分析,研究了影响力矩器高频动态特性的因素。采用有限元仿真和灵敏度分析相结合的方法找出各影响因素的贡献率,优化了结构设计参数。结果表明:聚焦和循迹方向的二阶共振频率分别提高了6.6%和17.5%,明显提高了力矩器的高频动态性能。该方法可以广泛应用于其它优化设计领域。
关键词：光学头;力矩器;高频动态特性;灵敏度分析法;有限元仿真

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发布时间：2020-08-12
基于线性代数和正则化方法的驻留时间算法
邓伟杰,郑立功,史亚莉,王孝坤,张学军
2007, 15(7): 1009-1015.

摘要：将加工的数学模型由去除函数与驻留时间的卷积过程转变为去除矩阵与驻留时间向量的乘积过程,从而将驻留时间的计算变为线性方程的求解。因测量误差而引入的噪声导致了方程的病态,传统的数值计算方法失效,因此,用Tikhonov正则化对建立的模型进行求解。采用了无须任何先验知识的自适应方法选取正则化参数。对同一组数据采用其他的驻留时间算法进行计算并对比,精度提高了30％以上。最后对一组面形数据使用实际参数进行了模拟加工,加工后的PV、RMS的收敛比率分别达到0.48,0.62,满足实际驻留时间的求解要求。该方法稳定收敛,精度高,设置灵活,是一种较实用的驻留时间算法。
关键词：非球面加工;驻留时间算法;正则化方法

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发布时间：2020-08-12
不同厚度Al滤片对17~33 nm 高次谐波抑制的定量研究
周洪军,钟鹏飞,郑津津,霍同林,张国斌,戚泽明
2007, 15(7): 1016-1020.

摘要：利用840 l/mm的金膜透射光栅分光和AXUV100G 光电二极管(PD)探测器研究了不同厚度的Al滤片对光谱辐射标准和计量线(U27)球面光栅单色器(SGM)分支17~33 nm波段高次谐波的抑制情况。结果表明,Al滤片厚为400 nm时,在17~33 nm波段有较好的抑制效果且能保证探测器的信号强度,高次谐波信号强度分量小于2%。经过探测器量子效率修正后,高次谐波分量小于0.6%,这对多层膜反射率的定标及探测器定标有着重要的意义。
关键词：同步辐射;高次谐波抑制;Al滤片

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基于2×2和3×3耦合器的级联马赫-曾德干涉仪型波长交错滤波器
鲁怀伟,张玉娥,罗冠炜
2007, 15(7): 1021-1025.

摘要：针对全光纤级联Mach-Zehnder干涉仪型(CMZI)波长交错滤波器在实际制作过程中存在的问题,提出了由一个2×2和两个3×3 单模光纤耦合器级联组成的全光纤CMZI型波长交错滤波器并进行了分析。分析结果表明:组成滤波器干涉臂的第二对臂长差为第一对臂长差的偶数倍时,耦合器分光比取一些定值可得到输出波形通带平坦、阻带加宽、透射率形态近似于方波的波长交错滤波器。与通常的CMZI相比,最大的优点是在实际制作时可以对每个耦合器的分光比进行准确的监测和控制,大大降低了CMZI型波长交错滤波器的制作困难。最后进行了实验研究,实验所得结果与理论结果相吻合。
关键词：应用光学;梳状滤波器;Mach-Zehnder干涉仪;波长交错滤波器;方向耦合器

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发布时间：2020-08-12
含三次位相元件照相物镜的设计
杨皓明,张新,方志良,雷广智,张欣
2007, 15(7): 1026-1031.

摘要：设计了一个光学/数字成像系统,该成像系统利用三次位相元件辅以数字图像处理技术,在保持系统光通量及分辨率不变的前提下,提高了光学系统焦深。进行了仿真实验,实验以传统的双高斯型照相物镜为光学系统模型,选取焦点及离焦-1.6λ(λ=550 nm)近似-6.4倍焦深两个成像位置。对比分析了传统光学系统及光学/数字系统的焦点位置调制传递函数(MTF)、离焦1.6λ处调制传递函数(MTF)及在瑞利判据±100倍焦深范围内的离焦传递函数。通过光学设计软件CODEV9.7新增图像模拟功能,得到了光学系统的模拟成像结果。利用自编图像处理程序,得到最终的成像结果。结果表明,该光学/数字成像系统确实能够有效扩大光学系统焦深6倍以上。
关键词：照相物镜;光学设计;位相板;焦深

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发布时间：2020-08-12
LED阵列式紫外固化光源光学系统设计
许文海,赵欢,芦永军
2007, 15(7): 1032-1037.

摘要：设计了一种新型的LED阵列式紫外固化光源系统,该系统主要包括多路可控恒流源,紫外LED空间阵列及光学系统等,其中紫外LED空间阵列结构提高了光源的辐照度和均匀性。在分析光源结构的基础上,对其光学系统进行了设计,给出了LED空间阵列光学系统的设计方法和设计实例,并利用Light Tools光学仿真软件对其进行了模拟。结果表明:采用该光学设计方法得到的空间阵列辐照系统,其紫外辐照度可达200 mW/cm²,辐照面上光强分布均匀稳定,能够满足紫外光固化过程对光源的指标要求。
关键词：紫外光固化;LED空间阵列;光学设计;Light Tools

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中波红外连续变焦光学系统
郜洪云,熊涛,杨长城
2007, 15(7): 1038-1043.

摘要：针对制冷式320×240凝视焦平面阵列探测器,设计了一个中波红外连续变焦光学系统。该系统由变焦物镜系统和二次成像系统构成,包括7片透镜,引入一个非球面,并采用两个反射镜折叠光路。利用变焦系统原理和光学设计软件给出了系统的光学参数和外形结构图,并对其像质和冷反射进行了系统分析。该系统可以实现50~500 mm的连续变焦,工作波段为3.7~4.8 μm,满足100％冷光阑效率。结构紧凑,像质较好,变焦行程短,变焦轨迹平滑。
关键词：红外光学系统;连续变焦;光学设计

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单振子双腔体无阀压电泵结构设计与机理分析
吴丽萍,程光明,曾平,杨志刚,吴银柱
2007, 15(7): 1044-1048.

摘要：提出了一种单振子双腔体无阀压电泵,应用小挠度弹性弯曲理论导出了圆形复合压电振子的弹性曲面微分方程,分析了采用一个压电振子形成两个工作腔体压电泵的结构和工作机理,并与单振子单腔体压电泵对比分析了该结构与输出流量的关系。设计研制了结构独特、输出性能更高的单振子双腔体无阀压电泵,通过试验表明:单振子双腔体无阀压电泵比单振子单腔体无阀压电泵输出流量有明显提高。
关键词：单振子双腔体;无阀压电泵;机理分析;输出流量

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研究UV-LIGA微电铸电极过程的交流阻抗法
邵力耕,杜立群,王立鼎1,2
2007, 15(7): 1049-1055.

摘要：在给定的电铸液组分和工艺路线下,运用交流阻抗法研究了微电铸镍结构的电极过程动力学特性。建立了微电铸体系的等效电路,根据实验获得的交流阻抗图和电阻电抗频率响应,分析了搅拌、整平剂对微电铸体系交流阻抗的影响,计算了电极过程的交换电流密度。结果表明,加入十二烷基硫酸钠整平剂数量存在一个使交流阻抗最小的最佳值,大小为3 g/L,在有搅拌、加入最佳量的整平剂时,体系电极过程的交换电流密度为0.171 A/dm²。在微电铸过程中有搅拌、加入适量整平剂使电铸液交流阻抗下降,阴极电流效率提高,可以改善微电铸镍结构的表面性能、致密度和高度均匀性。
关键词：微电铸;交流阻抗法;整平剂;交换电流密度

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简易低成本柔性神经微电极制作方法
周洪波,李刚,张华,孙晓娜,姚源,金庆辉,赵建龙,任秋实
2007, 15(7): 1056-1063.

摘要：提出了一种简单、低成本的植入式柔性薄膜神经微电极的制作工艺和方法。该方法采用光敏型聚酰亚胺(Durimide 7510)代替传统方法中的非光敏型聚酰亚胺或聚对二甲苯作为微电极基质材料,同时设计了一种基于应力集中的凹槽结构以保证所得微电极形状的规整性,且采用了一种基于硅导电性通过电化学腐蚀牺牲层的方法来实现微电极从支撑基片表面的完整自动释放。整个制作工艺简单,仅需两次光刻和两次金属沉积。测试和评价了所制作微电极的表面形貌、电学性能以及生物相容性,结果表明,这种方法大大降低了制作成本并缩短了周期。
关键词：柔性微电极;神经假体;聚酰亚胺;凹槽结构;牺牲层

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陀螺仪灵敏部自动升降的控制
夏桂锁,周晶晶,林玉池,林明春,黄银国
2007, 15(7): 1064-1069.

摘要：设计了一种吊丝陀螺自动升降系统。采用数字信号处理器(DSP)控制直线步进电机,实现陀螺仪灵敏部的自动升降,完成了相关软硬件的设计,代替了传统的需要人工手动操作的凸轮装置。在陀螺自动升降的稳定性实验中,当脉冲频率为26~40 Hz时,陀螺运行稳定,摆动角度约为94~210';当脉冲频率为33 Hz时,陀螺下放及寻北效果最好,摆动角度约为105~147'。在与人工手动操作的对比实验中,采用直线步进电机的自动升降系统运行稳定、重复率低、操作简单。实验结果表明:该自动升降系统具有较高的稳定性,并可以有效缩短寻北时间和提高寻北精度,对陀螺仪的自动寻北具有现实意义。
关键词：陀螺经纬仪;直线电机;自动升降;自动控制

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ICF靶场坐标系的建立及其监测方法
刘炳国,宫娜,刘国栋,庄志涛,浦昭邦
2007, 15(7): 1070-1076.

摘要：提出了一种新的惯性约束聚变(ICF)靶场坐标系建立及传递的方法并设计了一种高精度光学标准靶。研制了三台光学视觉监测仪,介绍了监测仪的工作原理及光学系统设计。最后,介绍了标定方法,进行了实验并对试验结果做了分析。分析表明,靶场坐标系监测系统的综合精度为±3.28 μm。结果指出,该坐标系建立及传递的方法简单可行,监测系统精度较高,可以满足靶场系统对试验靶的引导要求。
关键词：惯性约束聚变;靶场坐标系;坐标变换;视觉测量;自准直

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发布时间：2020-08-12
基于双光栅尺的高速高精度位移测量方法
节德刚,刘延杰,孙立宁,陈智超,蔡鹤皋
2007, 15(7): 1077-1083.

摘要：提出了一种基于双光栅尺的高速高精度位移测量方法。在分析光栅尺测量原理的基础上,探讨双光栅尺信号的切换合成;通过对莫尔条纹电子细分计数脉冲切换误差的分析,研究减小切换合成误差的方法;采用可编程逻辑器件FPGA设计信号处理电路,并通过逻辑、时序仿真,验证了本方法的可行性。实验结果表明:此方法在光栅尺移动速度＞1 m/s时,具有10 nm分辨率,可满足新一代运动定位系统对高速高精度位移测量的要求。
关键词：位移测量;双光栅尺;切换合成;FPGA

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发布时间：2020-08-12
硅晶片的液流悬浮超光滑加工机理与实验
曹志强,赵继,陈德祥,张富
2007, 15(7): 1084-1089.

摘要：建立了基于机器人的液流悬浮超光滑加工系统。配置出了适用的悬浮加工液,通过对硅晶片的大量加工实验研究,得到了加工时间、工具转速和粒子浓度对工件表面质量的影响规律。实验结果表明:当加工时间在60 min、工具转速为6 000 r/min上下、粒子浓度为30 g/L左右时,加工效果最佳。加工后的硅晶片表面粗糙度Ra能达到1.55 nm。深入分析了液流悬浮超光滑加工的去除机理,硅晶片的液流悬浮超光滑加工是机械冲击作用和化学作用的综合结果,加工液中的磨料颗粒有对工件表面的机械冲击作用和对化学反应的催化作用。理论分析和实验结果表明,通过采用液流悬浮加工新技术,可以实现对半导体材料硅晶片的纳米水平的超光滑加工,获得表面无塑性变形和晶格缺陷的纳米精度表面。
关键词：超光滑加工;液流悬浮;硅晶片;去除机理

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发布时间：2020-08-12
变温蠕变实验的COP微流控芯片热压制备
罗怡,王晓东,杨帆,刘冲
2007, 15(7): 1090-1095.

摘要：采用热压方法制备了COP微流控芯片。由于温度对微结构热压成形的质量影响最大,基于材料的粘弹性特性,通过变温准蠕变实验获得热压参考温度T_r,即从材料玻璃点温度以下开始,以1.5 ℃/min的温升速率,在热压工作压力下热压聚合物基片,通过温度-位移实时采集系统获得材料的温度-形变曲线,曲线的拐点对应的温度即是热压参考温度。实验证明了在该温度下热压成形具有高复制精度和低整体变形,微结构宽度和深度方向的复制精度分别达到97.6%和94.3%。电泳实验和DNA分析实验得出COP芯片具有良好的生物兼容性,适用于生化分析。
关键词：COP微流控芯片;变温准蠕变实验;电泳效率

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发布时间：2020-08-12
利用图像分割思想的二维混沌映射及图像加密算法
黄峰,冯勇
2007, 15(7): 1096-1103.

摘要：根据二维混沌映射思想,设计了一种新的图像加密算法。二维混沌映射包括左映射和右映射两个子映射。通过对图像的拉伸和折叠处理,实现图像的混沌加密。沿图像的对角线方向,将方图分割为上下两个等腰三角形图像;利用等腰三角形图像两列像素之间的像素数目差,以水平方向,依次将某列中的像素插入到相邻下一列像素之中,直至将原始图像拉伸成为一条直线。最后,按照原始图像大小,将这条直线折叠成一个新的图像。映射是可逆的,可应用于图像加密,密钥设计为二维混沌映射的左映射和右映射的组合。进行了仿真研究,结果表明:当密钥为64 bit时,密钥空间为1.84×10¹⁹,加密速度约为3 Mb/s。该加密算法具有加密速度快、安全性高、没有信息损失、可移植性强和容易软、硬件实现等特点。
关键词：二维混沌映射;图像加密;混沌

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发布时间：2020-08-12
数据融合技术在声全息测量中的应用
高印寒,周晓华,梁杰,常鑫
2007, 15(7): 1104-1111.

摘要：提出了基于神经网络和证据理论的数据融合技术。首先,根据声全息的测量原理,建立了由传感器子网和融合子网组成的数据融合模型。接着,给出了基于神经网络的传感器子网结构,实现了从目标特征参数到目标类型的映射,得到初步的输出结果。然后,采用证据理论将目标信息融合起来,达到对目标的有效识别得到最后的识别结果。最后,给出了数据融合技术应用于声全息法识别声源的实例计算。实验结果表明:数据融合后的声源识别率为94.2%,比融合前提高了11.7%。该技术减小了由于信息量不足或存在较大偶然误差而带来的不利影响,使声源的识别结果更可靠。
关键词：声全息;声源识别;神经网络;证据理论

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发布时间：2020-08-12
仿射不变的运动目标识别方法
杨昕梅,吴钦章,周进
2007, 15(7): 1112-1116.

摘要：提出了一种在三维空间内对运动目标识别的方法,该方法对目标平移、旋转、尺度及视角变化具有良好的不变性。将目标轮廓曲线用仿射不变量参数化,待识别目标的参数化轮廓线正交投影后,可使其与库存同一型号的目标轮廓线保持较强的相关性。最后,用归一化相关函数作为识别准则进行了实验。实验结果表明,对于空间姿态变化前后的目标,它们的相关结果＞95％,该方法能够以较高的识别率识别出图像序列中各种变化的同一目标。
关键词：目标识别;仿射变换;轮廓曲线;运动目标

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发布时间：2020-08-12
视觉驱动的语音合成系统中唇形轮廓的正交变换描述
李刚,王蒙军,林凌,曾锐利
2007, 15(7): 1117-1123.

摘要：为了能够自动而且快速地获取唇读系统中所必需的唇形轮廓特征,提出了将正交压缩变换的方法用于唇形轮廓的特征提取,并对得到的唇形轮廓曲线进行了分析研究。通过离散傅里叶变换(DFT)和离散余弦变换(DCT)分别得到描述唇形轮廓特征的傅里叶描述子和离散余弦变换描述子,然后将两类描述子作为唇形轮廓的特征向量,采用隐马尔可夫模型(HMM)进行学习和识别。基于独立汉字发音的实验表明:在达到40％的识别率时,刻画唇形轮廓特征所需的离散余弦变换描述子数目为15个,傅里叶描述子数目为20个。在相同的识别效果时,刻画唇形轮廓特征所需的离散余弦变换描述子数目少于傅里叶描述子,可减少数据运算量和运算所需时间。
关键词：非对称模型;唇形轮廓;边缘特征;傅里叶描述子;离散余弦变换描述子;隐马尔可夫模型(HMM)

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发布时间：2020-08-12
足部三维测量系统中CCD传感器的全局标定
刘国忠,王伯雄,史辉,罗秀芝,张明照,王瑞
2007, 15(7): 1124-1129.

摘要：介绍了足部三维形貌测量系统的原理以及利用测量系统已有的一维运动机构和专用标定组件对测量系统所有CCD进行全局标定的实用方法。建立了基于光平面坐标系、标定坐标系、一维运动机构坐标系和CCD图像坐标系的测量系统模型;在测量系统一维运动机构的控制下,光平面分别对标定组件中两个斜面进行扫描,求取两个斜面上扫描线在光平面坐标系中的交点坐标,并根据光平面坐标系中交点坐标和CCD图像坐标系中交点坐标的对应关系,采用坐标映射方法建立光平面与CCD图像坐标系之间的坐标转换关系;确定了基于坐标系之间转换参数的优化目标函数,并根据标定块的标称值和实际测量结果,利用POWEL直接优化方法对坐标系之间的转换参数进行了优化。测量结果表明,单个CCD重复测量误差＜0.062 5%;4个CCD测量值相对误差＜0.365%。实验结果表明,所述全局标定方法减小了一维运动机构、光平面和足支撑玻璃平板之间安装调节误差以及CCD等器件非线性带来的影响,且简便、实用、不需要其它精密标定仪器,可以对测量系统进行现场标定。
关键词：三维测量;足型;全局标定;坐标映射;非线性优化

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应用第二代Curvelet变换的遥感图像融合
张强,郭宝龙
2007, 15(7): 1130-1136.

摘要：提出了一种基于第二代Curvelet变换遥感图像融合算法。将具有高空间分辨力的Pan图像与Ms图像的待融合波段图像进行直方图匹配,并对直方图匹配后的Pan图像与待融合波段Ms图像分别进行Curvelet变换分解,得到各自的低频子带系数和各带通方向子带系数;采用一定的融合规则对Curvelet变换系数进行组合得到融合图像的Curvelet系数;最后对组合后的系数进行Curvelet重构得到该波段具有高空间分辨力的Ms图像。对IKONOS卫星遥感图像的仿真实验结果表明:与传统的基于亮度-色调-饱和度彩色空间变换融合算法相比,该算法使融合后的Ms图像整体光谱保持度提高了10.54％,而与传统的基于小波变换的图像融算法相比,其空间质量提高了0.81%~1.12%, 有效解决了基于亮度-色调-饱和度彩色空间变换融合算法中光谱失真严重和基于小波变换图像融合算法中空间质量较低的缺点,使得融合后的Ms图像在最大可能地保持原始Ms图像光谱特性的同时,显著提高了融合图像的空间质量。
关键词：图像融合;第二代Curvelet变换;多光谱图像;全色波段图像

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发布时间：2020-08-12
基于傅里叶相位差的抗噪声位移估计算法
吴元昊,于前洋
2007, 15(7): 1137-1142.

摘要：提出了一种利用连续图像相位谱的差估计运动目标位移的抗噪声算法。根据傅里叶相移特性,用连续两幅图像相位谱差的周期性变化或剖面的斜率计算图像中运动物体的位移。向量滤波的应用在去除噪声的同时,有效保留了周期性信号在一个周期结束点的跳变性质。分段拟合是从周期性信号中计算斜率的合理方法。本算法在频域估计运动位移,能够克服背景光照变化的影响,克服10％的高斯白噪声,分辨率达到一个像素。
关键词：傅里叶变换;相位谱差;位移估计;向量滤波

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发布时间：2020-08-12
一种基于小波变换的照明无关边缘检测和模糊增强方法
曹万鹏,陈刚,车仁生,叶东
2007, 15(7): 1143-1150.

摘要：提出了一种基于小波变换的照明无关边缘检测和模糊增强算法,用于从不均匀的弱照明图像中提取目标边缘。依据照明反射图像形成模板和CCD相机成像公式,推导出图像的小波变换公式。对图像局部区域中边缘与背景像素的小波系数进行比较分析,设计了一种照明无关的小波边缘检测公式。给出一种同时考虑小波模值大小和梯度方向的模糊算子来增强边缘并抑制噪声。最后,采用仿真和真实的图像对该算法进行验证,利用此算法检测阶梯边缘,得到该算法的边缘检测评价标准F系数值为0.984 3,边缘定位精度评价系数E_d值为0.126 5,通过被检测的特征球边缘计算得到的交比值误差为3.72×10^-3。实验结果证实,该边缘检测方法能够很好地工作于非均匀的弱照明图像。
关键词：边缘检测;小波变换;照明无关;模糊增强

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发布时间：2020-08-12
改进的天文斑点图像高清晰重建方法
耿则勋,王振国
2007, 15(7): 1151-1156.

摘要：由于受大气湍流的影响,利用地基光学望远镜获取的天文目标图像会发生严重的模糊或降质。解决这一问题的主要途径之一就是斑点成像技术,该方法利用短曝光"冻结"大气,获取天文目标的斑点图再经后处理重建高清晰图像。本文将动态支持域约束的思想与广义极大似然估计重建算法相结合,提出一种改进的基于广义极大似然原理的天文图像高清晰重建算法。该算法创新性地提出了动态支持域约束的思想,在代价函数中增加了非线性滤波项,它可以对上一次的迭代结果进行非线性处理,根据阈值自动调整目标的支持域,使支持域随着迭代次数的增加实现动态调整,克服了已有算法在整个迭代过程中支持域不变的缺点,使得该算法也可对扩展目标实现高清晰重建。实验结果表明,该算法不仅对点源天文星体短曝光图像实现了高清晰重建,而且将模拟扩展目标图像重建结果的峰值信噪比提高10%以上,对自适应光学长曝光图像也有较好的恢复效果。
关键词：天文图像;高清晰重建;极大后验估计;动态支持域约束

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发布时间：2020-08-12

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