上海理工大学 光电信息与计算机工程学院，上海 200093
为减少待测物体位置变化时光谱系统受到的噪声干扰以及峰值定位误差，基于卡尔曼滤波算法原理，提出一种将Voigt寻峰定位的结果作为观测误差并进行最优估计来提升共焦系统测量精度的方法。先进行标定实验，确定光谱共焦系统的测量范围及精度；再依次对比中值滤波、Savitzky-Golay滤波以及快速傅里叶变换滤波等对光谱信号去噪的处理情况，并选用高斯、洛伦兹以及Voigt拟合等方法寻峰定位。同时，分析了Voigt拟合中的峰值提取、高斯宽度、洛伦兹宽度以及幅值误差对拟合精度的影响。实验结果表明，系统的测量范围可达3 mm，中心光斑半径增大了近1.79倍，采用卡尔曼滤波算法能够降低系统中的噪声引起的定位误差且系统精度能够提升11倍，满足高精度的测量需求。
光谱共聚焦系统 卡尔曼滤波 Voigt拟合 误差函数 spectral confocal system Kalman filtering Voigt fitting error function
1 新疆师范大学物理与电子工程学院，新疆发光矿物与光功能材料研究重点实验室，新疆 乌鲁木齐 830054
2 江苏科技大学理学院，江苏 镇江 212003
研究两分量玻色-爱因斯坦凝聚中集体激发的阻尼，该阻尼包括朗道和巴利耶夫两种机制。采用哈特利-福特-波戈留波夫平均场理论，基于单分量系统理论，构建了两分量系统的理论框架，严格按照单分量系统理论推导公式，并且分析两分量系统和单分量系统在理论框架构建上的主要差别。以理想的能级连续的均匀系统朗道阻尼为例进行半经典近似计算，展示粒子相互作用细节，说明所提理论的物理意义和应用方法。在计算过程中，通过无量纲阻尼函数分析朗道阻尼与温度的依赖关系，分析对阻尼有贡献的准粒子跃迁，包括同类型准粒子之间和不同类型准粒子之间的各种情况，并通过误差函数分析不同能量范围的准粒子跃迁对阻尼的贡献。
量子光学 元激发 无量纲阻尼函数 误差函数 波戈留波夫变换 傅里叶变换 光学学报
2023, 43(10): 1027002
1 新疆师范大学物理与电子工程学院新疆发光矿物与光功能材料研究重点实验室，新疆 乌鲁木齐 830054
2 江苏科技大学理学院，江苏 镇江 212003
应用哈特里-福克-博戈留波夫（HFB）平均场理论研究玻色-爱因斯坦凝聚（BEC）均匀系统中集体激发的朗道阻尼。首先，不采用准粒子共振跃迁和集体激发能量两个条件近似进行严格推导，在参量变化较大的范围内给出朗道阻尼与温度的函数关系，重点讨论趋近绝对零度和相变临界温度两种极限情况，并引入误差函数分析不同能量的准粒子跃迁对阻尼的贡献。然后，采用上述两个近似进行推导，并利用误差函数计算结果分析两种近似的适用范围。
量子光学 玻色-爱因斯坦凝聚 朗道阻尼 哈特里-福克-博戈留波夫近似 误差函数 光学学报
2022, 42(16): 1627001
1 辽宁工程技术大学电子与信息工程学院, 辽宁 葫芦岛 125105
2 沈阳理工大学自动化与电气工程学院, 辽宁 沈阳 110159
为了克服迭代最近点(ICP)算法鲁棒性差、配准精度低的问题,提出了一种改进的基于快速点特征直方图(FPFH)的ICP点云配准算法。首先,基于改进内部形态描述子和法向矢量角的变化来提取点云特征;其次,使用指数函数优化欧氏距离,并将优化的欧氏距离作为FPFH算法的权重系数,用于特征点描述,从而保证利用初始对齐估计得到更准确的点云位置;然后使用双重约束和单位四元数算法完成初始配准;最后,给ICP算法构建双向k维树,并使用点对的欧氏距离与最大欧氏距离的比值来计算每个点对的权重,将权重作为ICP迭代误差函数的加权系数,以减少迭代时间并减少不良对应关系在配准中的影响。实验结果表明,本文算法的配准精度较ICP算法提高2~6个量级,并且具有更强的鲁棒性。
机器视觉 点云配准 权重系数 误差函数 激光与光电子学进展
2021, 58(6): 0611003
上海工程技术大学电子电气工程学院, 上海 201620
针对传统视觉里程计在低纹理场景下,定位精度差甚至失效的问题,提出一种结合点线特征的RGB-D视觉里程计方法。该方法结合了点线特征各自独有的特性,同时联合点特征的光度误差和线特征的局部梯度适应性误差,构建了一个对低纹理场景鲁棒的联合误差函数。利用高斯-牛顿迭代法对联合误差函数进行非线性迭代优化,以获取相机每一帧的准确位姿。在公开的真实RGB-D数据集和合成基准测试数据集上对本文方法进行评估。实验结果表明,与其他先进算法相比,本文算法具有更优越的准确性和鲁棒性。
机器视觉 视觉里程计 低纹理 点特征 线特征 联合误差函数
1 长春理工大学 光电信息学院，吉林 长春 130022
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
3 中国科学院大学，北京 100049
机载红外点目标探测系统在搭载飞机飞行中探测系统的环境参数会发生变化，导致通过传统地面标定方法获取的非均匀性校正参数的准确性有所降低，故有必要进行机上基于场景的非均匀性校正。本文提出了一种基于帧间配准的机上非均匀性校正算法，首先对图像进行预处理，滤除探测器坏点影响，然后用两帧邻近图像计算互功率谱，求出互相关函数，确定配准位移。两帧连续图像完成配准后，通过误差函数最小化来实现校正参数的更新，最后对整个图像序列进行上述迭代计算，获取最终校正参数。本文模拟了一组非均匀性场景图像序列作为实验图像序列，通过实验分析，提出了帧间图像变化（平移、旋转、缩放）对本算法校正效果的影响，然后采用两个具有代表性的算法与本文提出的算法分别对该图像序列进行处理，并从图像质量和收敛速度两方面比较算法性能。结果表明：与其他两种算法相比，本文提出的算法非均匀性校正效果较好，峰值信噪比提高了20 dB以上，结构相似性则突破了0.99。本文提出的算法虽然比较复杂，但校正参数收敛速度较快，易于在硬件平台上实现，具有一定的工程应用前景。
场景非均匀性校正 帧间配准 误差函数最小化 scene-based nonuniformity correction inter-frame registration reduced reference assessment error function minimization
1 晋中学院 信息技术与工程学院, 山西 晋中 030600
2 首都师范大学 物理系 理论物理中心, 北京 100048
利用非线性共轭梯度算法设计了无周期光学超晶格结构, 研究了文献[12]提出的误差函数在该结构中的适用性.研究结果表明：误差函数能够很好地适用于无周期光学超晶格结构, 且该结构比文献[12]中所用的非周期光学超晶格更具有一般性; 当u′2(xn)和n保持很好的线性关系时, 无周期光学超晶格结构中计算所得的误差函数曲线与文献[12]中的误差函数曲线几乎是重合的, 说明了在无周期光学超晶格中达到了很好的准相位匹配.通过在样品中引入随机误差进一步研究了相位失配情况下误差函数在无周期光学超晶格结构中的适用性, 结果表明：相位失配时无周期光学超晶格结构中计算所得的误差函数曲线与标准曲线是有偏离的, 且相位失配程度越大, 偏离也越大; 对于一些误差函数曲线与标准曲线偏离不大的情况, 误差函数仍可近似地用来估计无泵浦损耗近似的适用范围.
二次谐波产生 误差函数 非线性共轭梯度算法 无周期光学超晶格 准相位匹配 Second harmonic generation Relative tolerance function Nonlinear conjugate-gradient method Non-periodic optical superlattice Quasi-phase-matching
西南交通大学信息光子与通信研究中心, 四川 成都 610031
针对长距离相干光纤通信系统，提出了一种超大色散(CD)监测范围的两级自适应高精度色散估计算法。该算法利用信号功率自相关波形(ACSPW)函数作为粗估计，再使用恒模误差函数（CMA）中心值搜索，得到精确色散值。仿真结果表明，新算法色散估计误差小于35 ps/nm，比传统ACSPW算法精度提高将近4倍；在参考误码率为10-2时，对比传统ACSPW算法，提出的算法功率罚改善8 dB。
光通信 相干光纤通信 自适应色散估计 自相关函数 恒模误差函数 光学学报
2014, 34(11): 1106006
军械工程学院光学与电子工程系， 河北 石家庄 050003
光斑中心精确定位是成像型激光告警系统威胁激光准确定向的基础。分析了鱼眼成像型激光告警系统成像光斑特点，针对CMOS传感器像元非完全填充结构和大入射角区域光斑能量分布非对称造成定位误差大的问题，基于光斑高斯分布特征，提出将二维高斯分布函数积分分解为两个坐标方向一维积分的乘积，利用误差函数级数近似光斑灰度高斯积分，通过能量响应最大像元和次大像元的灰度比求解光斑中心坐标的细分算法，最后通过实验对比研究了新方法的定位性能。结果表明，本方法受像元非完全填充和镜头非对称像差的影响较小，近轴区域和入射角大于60°的轴外区域定位精度分别达到1/80和1/70 pixel，最大误差小于1/30 pixel。本方法计算相对简单、定位精度较高，且对不同位置光斑定位精度稳定，能够满足大视场激光告警装备的指标要求。
成像系统 光斑定位 激光告警 亚像元 填充率 误差函数
华中科技大学 光电子工程系，湖北 武汉430074
插入损耗误差函数(Error Function，EF)指标是增益平坦滤波器(Gain Flattening Filter，GFF)的关键指标，如何实时监测EF是GFF制作过程中必须解决的问题。文中介绍的EF指标实时监测系统，是通过通用接口总线(General Purpose Interface Bus，GPIB)构建的，它利用计算机编程技术从光谱分析仪中获取数据并进行分析处理，能够实时绘制带容限的GFF插入损耗曲线，监测EF指标。
误差函数 增益平坦滤波器 通用接口总线 掺铒光纤放大器 密集波分复用 EF GFF GPIB EDFA DWDM
