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一种用于超声成像的快速合成孔径技术

中国激光 2013年第B12期40卷 112-115页

作者：张闯陈晓冬汪毅李莹焦志海郁道银天津大学精密仪器与光电子工程学院光电信息技术科学教育部重点实验室天津300072

基于多幅图像融合的合成孔径技术在发射和接收过程中均能够实现动态聚焦。所以具有较高的图像分辨率。但是，基于多幅图像融合的合成孔径技术对系统的数据处理、传输、存储能力等有很高的要求，因此难以应用于实际系统中。针对该问题，... 详细信息

基于多幅图像融合的合成孔径技术在发射和接收过程中均能够实现动态聚焦。所以具有较高的图像分辨率。但是，基于多幅图像融合的合成孔径技术对系统的数据处理、传输、存储能力等有很高的要求，因此难以应用于实际系统中。针对该问题，提出了快速合成孔径技术。该技术利用定点聚焦法取得扫描线数据，再结合基于多幅图像融合的合成孔径技术中的相干样点叠加方法，从而得到高分辨率图像。提出的快速合成孔径技术实现了发射和接收的动态聚焦，并且在一定范围内使分辨率与成像范围无关。利用软件FieldⅡ进行仿真分析，通过与最小方差（MV）法以及基于多幅图像融合的合成孔径技术的比较，验证了快速合成孔径技术的可行性。

关键词：成像系统超声成像合成孔径最小方差动态聚焦 FieldⅡ

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国外消息

电视技术 1991年第9期 60-63页

一台抛物面天线同收二星信号西德一家公司介绍一种卫星接收天线,它能同时接收两个不同轨道上的卫星信号(至今接收两颗卫星的信号需用两台单独的天线,通常采用抛物面天线)。但是卫星之间的位置的偏离不能超过10°。如接收东经23.5°的哥... 详细信息

一台抛物面天线同收二星信号西德一家公司介绍一种卫星接收天线,它能同时接收两个不同轨道上的卫星信号(至今接收两颗卫星的信号需用两台单独的天线,通常采用抛物面天线)。但是卫星之间的位置的偏离不能超过10°。如接收东经23.5°的哥白尼卫星和东经19.2°的Astra卫星时,多馈安装天线允许接收系统偏离抛物面天线的焦点,但是反射体直径需800mm,反之,仅接收Astra星,反射体直径只要55mm就足夠了,然而多馈安装的天线至少可接收21个节目。

关键词：天线图象监视器监测器摄象机传感器录象机录像机量子效应音频信号显象管液晶显示器反射体彩色液晶荧光屏录象带录像磁带动态聚焦焦距投影机 RGB 消息新闻

基于FPGA的医学超声成像数字波束合成器设计

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计算机测量与控制 2010年第4期18卷 896-899页

作者：齐雁谭冠政范必双中南大学信息科学与工程学院湖南长沙410083

在介绍数字波束形成原理的基础上,设计了一种以FPGA为核心芯片的新的数字波束合成器;该芯片可根据每个回波脉冲到达其对应阵元的时刻采用程序动态地调整合成波束的焦点和各回波信号的加权因子,实现回波信号的动态聚焦和动态变迹;对于波... 详细信息

在介绍数字波束形成原理的基础上,设计了一种以FPGA为核心芯片的新的数字波束合成器;该芯片可根据每个回波脉冲到达其对应阵元的时刻采用程序动态地调整合成波束的焦点和各回波信号的加权因子,实现回波信号的动态聚焦和动态变迹;对于波束合成过程中各阵元所需的接收延迟时间、聚焦延迟时间以及加权因子的存储采用软件方式为每个阵元单独设置一个专用ROM,以简化电路结构并提高系统的处理速度;仿真结果表明,与采用模拟聚焦和幅度变迹的方法相比,新方法的延时精度提高了80%,同时能更好地抑制波束旁瓣,有利于提高医学超声成像系统的图像质量。

关键词： FPGA 数字波束合成器动态聚焦医学超声成像

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自聚焦激光扫描投影技术研究

自聚焦激光扫描投影技术研究

作者：杨帆长春理工大学

学位级别：硕士

激光扫描投影系统被广泛应用于飞行器、船舶和汽车等大尺寸部件的精准制造和装配领域。该系统能够将待加工或装配零部件的轮廓线框较准确地投影于待安装位置处,进而辅助指导工人完成目标零部件的定位、装配和加工。为解决现有激光扫描... 详细信息

激光扫描投影系统被广泛应用于飞行器、船舶和汽车等大尺寸部件的精准制造和装配领域。该系统能够将待加工或装配零部件的轮廓线框较准确地投影于待安装位置处,进而辅助指导工人完成目标零部件的定位、装配和加工。为解决现有激光扫描投影系统投影图形的位置精度较低、投影激光线宽较宽、且无法依据投影距离变化进行精准的动态自动聚焦等问题,研究开发了基于差分探测原理的动态自聚焦激光扫描投影系统。首先,研究了激光扫描投影系统的工作原理,据此对传统激光扫描投影系统进行改进,设计了基于差分探测原理的动态自聚焦激光扫描投影系统,建立了基于高速二维振镜器件的投影系统数学模型,以确定振镜水平偏转角H、竖直偏转角V与被投影目标坐标系下投影点的坐标转换关系;其次,对基于差分探测原理的动态自聚焦激光扫描投影系统的工作原理进行了研究,分别设计了光学杠杆型和反远距型两种动态自聚焦方案,推导出相应的数学模型,并利用ZEMAX光学设计软件进行仿真实验,通过比较得出反远距型动态聚焦系统响应更加灵敏、结构更加合理;再次,研究了基于差分探测原理的反馈光强检测系统,实现了对激光扫描投影系统中扫描光斑的精确汇聚,从而获得了更窄的激光扫描线框线宽,提高了激光扫描投影图形的定位准确度;然后,研究了基于最小二乘法的合作目标中心求解方法,建立了圆心求解模型,并结合系统投影模型推导和仿真了适用于激光扫描投影系统的坐标转换参数求解方法,之后分别上述两求解方法的可行性进行了验证;最后,基于以上研究成果搭建了基于差分探测原理的动态自聚焦激光扫描投影系统,并利用搭建的实验系统进行了差分探测特性验证实验、动态自聚焦系统线宽特性验证实验、合作目标中心检测实验、系统坐标转换参数求解及图形投影验证实验,并对系统投影图形的形状准确度和位置准确度进行了检测。实验结果表明:在4.5m的投影距离上,所研究的基于差分探测原理的动态自聚焦激光扫描投影系统其汇聚光斑直径最优可达0.2mm,可使所研究的系统在进行辅助装配时的定位准确度提高至0.1mm;合作目标圆心定位误差为0.18mm,优于0.2mm,满足实验设计要求;投影图形水平方向形状偏差值为0.04mm,竖直方向形状偏差值为0.04mm,符合实验设计要求;投影图形位置偏差基本满足0.4mm的偏差要求。由此证明,所研制的系统能够实现更窄线宽、动态聚焦、系统校准标定和精准投影功能,未来可应用于飞行器、船舶和汽车等大尺寸部件的精准制造和装配领域。

关键词：激光扫描投影动态聚焦反远距坐标转换差分探测定位精度

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用于微波成像的1bit可编程调相超表面

用于微波成像的1bit可编程调相超表面

作者：徐悦哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

微波成像作为微波学科的一个重要研究方向广泛应用于安检成像系统、医学成像,拥有广泛的用途,超表面因为其体积小、重量轻、对波束调控能力强等一系列优点成为微波甚至是光学领域的研究热点。传统的微波成像系统,透镜体积大、重量大,用... 详细信息

微波成像作为微波学科的一个重要研究方向广泛应用于安检成像系统、医学成像,拥有广泛的用途,超表面因为其体积小、重量轻、对波束调控能力强等一系列优点成为微波甚至是光学领域的研究热点。传统的微波成像系统,透镜体积大、重量大,用超表面取代微波成像传统介质透镜有很大的潜力。一般成像系统的透镜因为固定焦点,均采用机械扫描的结构,不仅增大了成像系统的体积,实时性也不高,即使是现存的可重构超表面,也多为频率可重构即频率分集超表面,因为利用了单元的不同频率响应特性,效率会比较低,而且辐射场的自由度也是有限的、在相应频点是固定的。可编程超表面的出现提高了对超表面控制的自由度,而现有的可编程超表面几乎均不可同时独立控制每个单元,只能分时控制一行或者一列,大大降低了超表面的性能,甚至完全难以应用于成像。本研究中的可编程超表面可实现和相控阵相似的效果,并且没有复杂的移相器网络,易于维护,成本也被大大降低。传统的聚焦超表面一旦制作完成,焦点、焦距、工作频段等特性均无法改变,而可编程超表面将超表面的自由度提升到了最大。本文研究了一种用与X波段微波成像的可编程调相超表面,使用环形缝隙反射单元,单元周期10mm,在通过编程改变单元上的PIN二极管的通断状态时,反射系数模值接近1且几乎相等,实现了0和180的相位反转,并且研究了过孔和走线对单元的影响,从而使用合理的布线方式降低影响。使用等效电路法在理论上分析了单元,有助于对单元工作原理的分析。阵列的相位分布计算原理是波带片原理,按照程序计算产生的相位分布可以形成想要的辐射场,通过不同的相位分布组合可以实现任意位置的聚焦。超表面由34×34个单元组成,超表面边长为340mm,工作频点在10GHz附近,可以实现同时独立调控每个单元的相位,并且性能与普通几何尺寸调相超表面相差不多,全波仿真结果表明可编程超表面拥有接近35%的聚焦效率,在焦距为8倍波长时-3d B焦斑大小为0.93λ,在焦点偏移角度为45度的情况下-3d B焦斑大小1.25λ,在焦斑大小不超过2λ的前提下,焦点动态聚焦范围在纵向增大焦距时,焦距最大可调节到19λ,在横向扫描时,最大偏移角度可以达到68度,拥有特别广阔的视场。使用一片ARM单片机作为微控制器,通过I2C通信的方式扩展输出引脚,通过上位机和编程可以实现动态聚焦,由于超表面可编程的特性,如果配合计算成像的各种先进算法,理论上可以做到超分辨、波束扫描、全息成像、波束赋形等各种功能。

关键词：波带片等效电路可编程超表面动态聚焦

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超声相控阵成像检测技术的研究

超声相控阵成像检测技术的研究

作者：史振南京航空航天大学

学位级别：硕士

目前，相控阵超声成像检测技术在工业无损检测领域中的应用越来越广泛。相控阵成像技术通过控制阵列探头中各个阵元激励脉冲的时间延迟，实现聚焦点位置和声束方位的变化，从而合成相控波束，形成成像扫描线。该技术能够实现动态聚焦，... 详细信息

目前，相控阵超声成像检测技术在工业无损检测领域中的应用越来越广泛。相控阵成像技术通过控制阵列探头中各个阵元激励脉冲的时间延迟，实现聚焦点位置和声束方位的变化，从而合成相控波束，形成成像扫描线。该技术能够实现动态聚焦，具有高检测分辨力、高信噪比和高灵敏度等优点，近年来已成为国内外无损检测的研究热点。本文主要论述了超声相控阵检测的相关理论，包括了相控阵辐射的相关原理、声束控制方法以及缺陷成像等相关理论。建立了相控阵超声空间仿真模型，通过对一维阵列换能器声场的仿真研究，分析了换能器各参数对声束聚焦效果的影响，并且实现了相控阵的动态聚焦技术，为阵列换能器的研制提供了理论基础。建立了缺陷成像仿真模型，分别在声束单点聚焦和动态聚焦的情况下，实现了缺陷的成像。结合合成孔径相关技术，实现了子阵列合成技术，利用该技术提高了系统的检测效率和缺陷成像的对比度。设计了一个16通道的相控阵超声仿真实验系统，完成了相控阵仿真软件的设计，通过对回波信号的处理，完成了缺陷扇形成像的仿真工作。通过对比非动态聚焦和动态聚焦两种情况的实验结果，证明了动态聚焦技术具有更高的成像分辨率和对比度。

关键词：无损检测超声相控阵动态聚焦缺陷成像

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平面环状阵列换能器的设计

长安大学学报（自然科学版） 2003年第6期23卷 118-120页

作者：宋存牛长安大学理学院陕西西安710064

设计的动态聚焦换能器由6个不同面积等间距、等宽度的同心圆环组成。通过改变每个圆环的激励信号延迟时间和辐射孔径,实现动态聚焦,并且保持聚焦处声强度一致。该聚焦换能器聚焦范围大,在77～157mm之间分6档可调,而不同聚焦处波束宽度在... 详细信息

设计的动态聚焦换能器由6个不同面积等间距、等宽度的同心圆环组成。通过改变每个圆环的激励信号延迟时间和辐射孔径,实现动态聚焦,并且保持聚焦处声强度一致。该聚焦换能器聚焦范围大,在77～157mm之间分6档可调,而不同聚焦处波束宽度在4.0～2.7mm范围变化。通过计算机仿真计算,取得和设计理论一致的结果。

关键词：动态聚焦设计激励信号辐射孔径环状阵列换能器医学诊断

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LDS激光打标机的振镜扫描失真分析及矫正

机床与液压 2015年第5期43卷 53-56页

作者：谢永迅麦焯伟杜建铭龙泉深圳大学机电与控制工程学院广东深圳518060

LDS(Laser Direct Structuring)激光打标机的振镜扫描系统存在失真问题,从而造成动态聚焦误差。对激光振镜扫描系统失真问题进行了详细理论分析,建立了该振镜扫描系统的数学模型,讨论了振镜动态聚焦误差来源和误差表现,提出了LDS振镜扫... 详细信息

LDS(Laser Direct Structuring)激光打标机的振镜扫描系统存在失真问题,从而造成动态聚焦误差。对激光振镜扫描系统失真问题进行了详细理论分析,建立了该振镜扫描系统的数学模型,讨论了振镜动态聚焦误差来源和误差表现,提出了LDS振镜扫描系统误差矫正方法,通过实验验证了该方法的可行性。

关键词： LDS 激光振镜动态聚焦误差分析误差矫正

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振镜扫描式激光焊接系统的研究

振镜扫描式激光焊接系统的研究

作者：胡浩华中科技大学

学位级别：硕士

振镜扫描式激光焊接技术是国际上近几年才出现的新技术,并迅速成为各国研究的热点。它是指通过振镜的偏转来对所需焊接的图形进行扫描,再沿着扫描轨迹进行焊接,并可以使激光光束在焊点之间快速切换进行激光点焊,大大缩短了加工时间,提... 详细信息

振镜扫描式激光焊接技术是国际上近几年才出现的新技术,并迅速成为各国研究的热点。它是指通过振镜的偏转来对所需焊接的图形进行扫描,再沿着扫描轨迹进行焊接,并可以使激光光束在焊点之间快速切换进行激光点焊,大大缩短了加工时间,提升了加工的效率。目前,国内振镜扫描式激光焊接机主要还是采用二维物镜前的静态聚焦扫描方式,焊接范围较小;而在国外,大范围高功率的振镜扫描式激光焊接机已广泛应用于各种工业领域中。本论文针对目前国内振镜激光焊接机存在的一些问题和不足,并与国外的先进技术做对比,提出了一种具有高性价比的动态聚焦的振镜激光焊接机系统,对振镜扫描式的激光焊接技术进行了深入细致的研究。本论文重点论述了适用于大加工范围的振镜扫描式激光焊接技术的三维动态聚焦振镜扫描式系统。首先建立了三维动态聚焦振镜扫描系统的数学模型,对该动态聚焦系统的光学设计及推导、激光束通过该系统的传输变换分析、激光束到达工作面上的聚焦光斑、激光焊接的离焦量以及焊接速度等都进行了详尽的分析。其次,对振镜扫描图形的失真提出了一种通用的校正算法,并取得了良好的校正效果。最后,对振镜激光焊接系统进行了软件设计,并对该系统的应用前景进行了展望分析。

关键词：振镜扫描激光焊接动态聚焦