基于风洞实验平台,利用研发的片状激光CCD浓度测试系统结合数值模拟,研究不同屋顶形状对街道峡谷内线源污染物扩散分布的影响。结果表明,采用的浓度测试系统可以在不影响流场的情况下清晰再现街道峡谷内部污染物分布的特征,并且测试结果与数值仿真结果有较好的一致性。当迎风建筑屋顶低于背风建筑屋顶时,街谷内为一顺时针主涡,污染物主要聚集在街谷背风侧;迎风建筑屋顶高于背风建筑时,街谷内形成顺时针旋涡在上、逆时针旋涡在下的两个耦合旋涡,此时污染物在街谷迎风侧聚集。

针对密集颗粒流速度场分布的测量问题,提出了基于维诺图匹配的粒子跟踪测速法。首先,通过对图像粒子进行维诺图构建,给出面积相似度筛选匹配粒子的条件;其次,引入Delaunay三角网搜索结构,通过计算维诺多边形的形状相似度来匹配粒子;再次,研究了去除错误匹配粒子矢量的方法和匹配算法中的关键参数;最后,通过模拟二维旋转流场运动以及二维转盘中的颗粒流实验对算法进行了测试。结果表明:维诺图匹配的匹配准确率高于DTPTV并且在处理密集粒子匹配效果上更好;维诺图匹配算法适用于测量密集颗粒流速度场分布,颗粒匹配准确率高达99%,并由得到的颗粒流速度场分布验证了算法的有效性。

提出一种新的光电编码器速度测量方法,根据编码器角度测量误差信号中高频分量的渐进特性,通过对角度误差信号进行时频分析,提取编码器的旋转速度。利用功能强大的连续小波变换非平稳信号分析工具,提取角度误差分量的特征。基于连续小波变换,实现了一种称为迭代算法的小波脊提取方法,用于瞬时频率估计。实验结果表明,经过适当的时频分析处理后,角度误差的高频分量可以有效地用于光电编码器的速度测量。该方法能够有效减弱噪声和干扰对测量精度的影响。

能量色散X射线衍射(EDXRD)系统在安检领域具有重要的应用前景。基于能量色散X射线衍射原理,以ICDDJCPDS数据作为初始能谱信息,分析了X射线光源、系统结构、探测器分辨率及物质衰减效应对衍射能谱的影响,建立了与系统特性相对应的衍射谱仿真模型。利用该模型,仿真了不同结构参数EDXRD系统的衍射谱,仿真谱和实际测量结果吻合。在此基础上,仿真了海洛因和NH4NO3在不同晶体结构下的衍射能谱,为EDXRD安检系统的识别数据库提供了一种有效的构建方法。

光纤的模场直径是评价光纤性能的一个重要参数。测量单模光纤模场直径的常用方法是远场可变孔径法。通过测量给定单模光纤透过不同尺寸孔径光阑的多组远场辐射光功率数据并对实测数据进行处理,可得到被测光纤的模场直径。在实际测量过程中,为了消除被测光纤模场中心与孔径光阑中心偏离引起的测量误差,应用多次函数拟合法对远场可变孔径法测得的数据进行处理,以此自动识别并排除测量数据中的个别不合理的误差数据,从而有效提高模场直径的测量精度。

针对内蒙古荒漠化草原植被光谱缺少定量参数分析比较,提出了将微分法和包络线去除法相结合的方法,对植被具有诊断性的红边(680～750 nm)和差异性较大的近红外波段(550～760 nm)进行特征提取,并进行定量对比分析。利用GaiaSkymini型机载地面两用型高光谱仪对荒漠化草原的建群种短花针茅、优势种冷蒿、退化指示种猪毛菜进行实地高光谱数据采集,并对数据进行降噪平滑、一阶微分、二阶微分和包络线去除法等处理,还对3种不同植被的光谱特征、红边参数特征和吸收峰面积等进行了分析。研究表明,短花针茅的反射率最低,冷蒿的红边效应最为明显,吸收峰面积及右面积差异可以将猪毛菜与冷蒿识别出来。所得结论可为荒漠植被识别及无人机遥感反演提供参考。

人脸基准点定位可应用于人脸识别、疲劳检测等领域。针对人脸基准点定位中常用的主动表观模型(AAM)的局限性,提出了Haar分类器和AAM算法相结合的人脸基准点定位方法。先是计算图像积分图,然后采用基于 Haar特征的 AdaBoost级联检测器快速定位出人脸区域,最后将检测到的位置和图像信息传递给AAM进行人脸基准点定位。该方法在抽取的AFLW(annotated facial landmarks in the wild)人脸测试集上表现出良好的性能。实验结果表明,采用该方法能准确、快速定位出人脸基准点。

在鱼眼镜头的设计过程中,设计者往往依赖设计经验选择专利作为初始结构,缺乏理论指导。在鱼眼镜头前光组结构和后光组的光焦度以及光学间隔的基础上,提出一种求解鱼眼镜头后光组曲率半径初始参数的方法。通过前、后光组球差和彗差的波像差平衡条件建立方程组,求解该方程组后得到后光组的各光学面曲率半径初值,并以曲率半径初值作为参考值,应用Zemax软件进一步优化,得到初始结构。研究表明,应用这种方法求解鱼眼镜头后光组的初始光学参数,能使优化算法在较短时间内搜索到最优的参数解。

纳米尺寸的聚焦光斑在光存储、光学成像等领域有着重要的作用,为此设计了一种近场聚焦系统来获得超分辨率纳米聚焦光斑。系统中使用纵向偏振光做光源,用于激发光学天线产生表面等离子体增益,形成纳米光斑。分析了不同材料和尺寸的光学天线对超分辨率聚焦的影响,进而设计由合适的材料和结构构成的光学天线,实现10 nm直径的聚焦光斑。

为了实现非接触式、快速高精度的光学检测,设计了一种共聚焦激光扫描显微光学系统。在保证设计指标的前提下,简化了各光组的结构,采用7片球面透镜并以K9玻璃作为透镜材料。使用Zemax软件对光学系统进行了设计和仿真。结果表明:物镜的数值孔径为0.49;系统的径向和轴向光学分辨率分别为0.400 μm和0.772 μm;显微聚焦系统聚焦弥散斑直径小于2 μm;照明系统聚焦弥散斑直径小于10 μm;探测系统的聚焦光斑直径小于20 μm;根据仿真结果确定了针孔1和针孔2的尺寸均为20 μm,且厚度不超过0.1 mm;各子系统的MTF曲线均接近衍射极限,具有很高的光学传输效率。

细菌种类的快速识别在牙病防治中具有重要的应用价值。以牙周病原菌为研究对象,建立了DNA快速扩增的自然对流聚合酶链式反应(PCR)方法及毛细管电泳荧光光学检测系统。研究表明,当毛细管有效长度为8 cm、电场强度为100 V/cm时,50 bp DNA ladder在筛分介质为0.5%HEC(羟乙基纤维素)(1 300 K)中的分离效果最佳。毛细管电泳结果表明,采用自然对流法可以在25 min内在圆柱腔体中实现牙周病原菌的快速PCR。

对基于核熵成分分析的光谱反射率重建方法进行了研究,分别采用主成分分析方法和核主成分分析方法构建光谱反射率重建算法进行颜色重建研究,并与基于核熵成分分析算法的光谱反射率进行比较。实验结果表明,基于核熵成分分析的光谱重建算法在色度精度和光谱精度上均优于主成分分析和核主成分分析,对物体表面颜色的真实重建具有一定的应用价值。

脉搏是反映人体生理健康状况的重要生理现象,心率作为重要的人体健康参数,临床上与许多疾病有着密切的关系。人体手指末端含有丰富的小动脉和丰富的生理信息,结合在临床医学应用中发展很快的光电检测技术,提取出指尖脉搏波信息,然后通过一系列优化算法从指尖脉搏波信息中获得较为准确的心率值。