级联菲涅尔衍射光学图像安全系统

计算机模拟验证了系统用于光学图像加密和隐藏的可行性.理论分析揭示了本系统面向应用的三个性质:相位分布的台阶数可以作为系统设计的自由度;增加系统衍射级次可以提高秘密图像的解密质量,但此时系统受到波长微变的影响也较显著;轴向位移也会产生噪音信号,其衍射距离越长,解密质量越差.

双位相密钥衍射系统用于旋转抛物面包围三维信息加密的研究

用双位相密钥衍射系统以解决简单三维立体信息的加密问题.选取旋转抛物面包围的三维信息作为加密对象,用相位恢复算法设计了双位相密钥.计算机模拟结果证实了该系统的有效性,并揭示了不同约束条件、迭代次数等对三维信息整体恢复质量所造成的影响.研究发现,应针对实际的设计需求在算法开销与整体恢复质量之间取得平衡.

多波长同时照明的菲涅耳域非相干叠层衍射成像

传统的叠层衍射成像往往采用单波长照明,即使使用多波长来提升恢复质量也是采用依次照明的方式,同时对相干性要求很高.非相干光照明一直被认为不利于衍射成像.本文提出了一种多波长同时照明的非相干叠层衍射成像方案及相应的多路复用叠层衍射成像算法,并通过仿真和实验验证了该方案的可行性.相比于传统的相干叠层衍射成像方案,该方案不仅能够很好地恢复物像,同时也能够恢复不同波长下分别对应的物体的光谱响应、复振幅探针和光谱比例,从而获得更多的物体信息,具有多通道和多光谱的优势.同时,通过彩色图像编码的方式,能够实现物体的真彩色复原和图像质量的增强.此外,还证明了该算法具有很强的鲁棒性,研究了最多可分辨波长的数量.该研究结果为叠层衍射成像技术的信息多路复用及多光谱成像在更多领域的应用展现了可能性.

基于叠层衍射的数字水印算法研究

基于叠层衍射成像原理提出了一种新的衍射数字水印算法:叠层水印.通过双随机相位编码和探针,实现对水印图像的分块加密,密文经过衰减处理,加载在振幅型宿主图像的空域上,伪探针记录下宿主图像,并加载到传输图像的相位上.模拟实验结果表明:首先,叠层水印可以很好地提取水印图像的振幅、相位信息.其次,叠层水印可以解决水印不可感知性与密文信息提取质量之间的矛盾.最后,通过鲁棒性研究验证了:叠层水印具有很好的抗噪声和抗剪切能力,并且可以通过增加探针的数目和交叠率进一步提高其鲁棒性,并给出其在GIF图像上的应用.

厚样品三维叠层衍射成像的实验研究

叠层衍射成像是一种新兴的无透镜成像技术,目前限制这项技术发展的是光束透过样品时的乘法近似假设,这意味着在可见光域微米级分辨率下,叠层衍射成像的样品厚度不能超过数十微米.通过将样品沿轴多层切片的方式,在模拟实验和光学实验中均实现了对毫米量级厚样品的三维叠层衍射成像.模拟实验结果表明,单波长并不能很好地恢复三维厚样品,从而有必要引入多波长光束照明,随着波长数量的增加,三维厚样品的复原质量不断提高.光学实验使用两组不同厚度的样品进行实验验证,进一步研究了波长数量对复原结果的影响.随着波长数量增加,复原图像质量不断提高,证明了模拟实验的结论.利用所建光学实验装置,在三波长照明条件下取得了最好的成像与分离效果.同时针对实验中出现的叠影现象做出了合理的解释.研究结果对提高厚样品三维叠层衍射成像的质量具有现实意义.

光学信息隐藏综述

近几年来,光学信息处理系统凭借其高速并行等独特优势,与信息隐藏的结合成为一个崭新的交叉领域,引起了人们浓厚兴趣.本文围绕用随机相位编码、数字全息术等实现隐藏的技术手段,分析阐释光学信息隐藏的一些主要方法,同时对多重信息和三维信息的隐藏也进行了介绍,最后作了简要的展望.

Zn_3BPO_7晶体的THz和红外吸收光谱(英文)

本文研究了Zn3BPO7(ZBP)晶体的THz时域光谱以及从中红外到远红外的吸收光谱,以及6.6cm-1(0.2THz)～4000cm-1宽频段的红外光谱光学性质。THz吸收光谱表明晶体在0.5～1.2THz有较好的透射性质,在1.7THz和2.5THz分别存在一个泛频共振峰和基频共振峰,并且折射率稳定。在远红外区(100～2700cm-1)晶体的透射率极小,几乎接近于零。在中红外波段(2700～4000cm-1)晶体具有较好的透射性质。50～4000cm-1波段的吸收规律表明ZBP晶体具有做成特定波段滤波器的潜力。

基于衍射光学器件的光学图像级联加密系统

提出基于衍射光学器件的光学图像级联加密系统。一般来说,一个n级系统可由n个透镜串联组成。经过优化设计的衍射光学元件如相位板等相应的放置在系统的空间域和频谱域。当系统在平面波照明下,便能在输出平面获得解密图像。这些衍射元件可通过级联迭代傅里叶变化算法设计。计算机模拟结果显示,算法具有很快的收敛速度,而且所应用于的系统的级次越多,相应的收敛速度越快．级联系统能够高质量的恢复原始图像,使之与原始图像的均方差小于5×10^(-30)。采用密钥共享方案,级联系统可以用作多用户系统,这样能使安全性明显提高。

并行化叠层成像算法研究

叠层成像是定量相位恢复技术的重要研究方向,它通过照明探针的交叠式扫描,使用叠层迭代相位恢复算法对待测样品进行恢复,但成像效率与成像质量之间的矛盾等问题己成为其瓶颈之一本文从叠层成像迭代恢复算法的基本原理入手,提出了基于CPU和GPU的两种分块复振幅重建并行算法,并通过模拟实验研究了不同待测样品尺寸、不同分块、不同孔径数目对并行加速效果的影响模拟实验结果表明:两种并行算法可正确地恢复出样品的复振幅信息,并且显著提升了重建速度,使得重建耗时比传统叠层成像算法有了数量级的下降,在一定程度上解决了成像效率与成像质量之间的矛盾,有望实现准实时成像,为叠层成像在相关领域更广泛的应用提供了一定的技术指导,实验结果同时表明:在最优分块时,并行重建加速比与样品的大小有关,样品越大,加速效果越明显;同一个样品在不同分块下重建会得到不同的加速比,这与硬件设备密切相关,而成像中孔径的数目不会对并行加速比产生明显的影响.

一种利用先验信息的可见光域相干衍射成像方法

提出一种可见光域的相干衍射成像方法.该方法在待测样品面引入一个已知的标准物体作为先验信息,并通过控制激光光束的照明范围得到2幅不同输入信息下的衍射图.依据这2幅衍射图和已知的先验信息,使用本文提出的相位恢复算法,在计算机数值模拟和光学实验中重建待测样品的复振幅信息.该方法仅需2幅衍射图即可进行无透镜成像,因此其成像过程较为简便,具有一定的实用价值.

基于傅里叶叠层成像的光学图像加密

提出一种基于傅里叶叠层成像的光学图像加密技术.基于传统的4f双随机相位编码系统,将滤波孔径(探针)紧贴着随机相位掩模板放置在傅里叶频谱面上,在频域限制不同成分的空间频率信息通过.该技术采用低数值孔径的透镜和平行光多角度照明,使装置更加简单.计算机模拟结果表明,该技术收敛速度快,可行性较强,并具有高鲁棒性、高安全性和高解密质量等优点.

双随机相位加密系统的无约束最优化攻击

提出一种针对双随机光学相位加密系统的无约束最优化攻击算法.在已知明文条件下,首次将双随机相位加密系统的攻击问题转化为一个单目标无约束最优化模型.基于该模型,在相应的攻击算法设计中,采用拟牛顿矩阵代替Hessian矩阵以准确获取系统的密钥,避免传统牛顿法需要计算Hessian矩阵的逆等严重缺陷.同时,因有效利用拟牛顿矩阵的正定、对称、可迭代求逆的特点,新的攻击算法具有恢复效果好、收敛速度快、初值依赖弱、鲁棒性较强等优势.此外,本算法所需约束条件较少,可方便地移植到其他光学加密系统的攻击中.

稀土掺杂上转换发光材料的研究进展

上转换发光,一种呈现反斯托克斯位移特性的发光现象,主要通过稀土元素制备的材料来实现。本文深入探讨了稀土掺杂上转换材料的发光机理,概述了常用的制备技术,并全面评述了其在生物医学、防伪技术、信息存储等多个领域的现有应用,同时展望了其在工程领域的潜在应用前景。尽管上转换发光纳米材料在功能多样性方面表现出远超块状材料的显著优势,但其合成产率和发光效率仍存在挑战,处于相对较低水平。逐步攻克这些难题,将有助于进一步拓宽上转换发光材料的应用领域。

基于已知振幅信息约束的叠层光电成像

为提高样品的重建精度及鲁棒性,提出一种可见光域上基于已知振幅信息约束的叠层成像方法。本方法仅需将待测样品周围的已知振幅图像作为先验参考信息,与样品共同叠层扫描,并代入迭代算法,即可获得优质的重建效果。通过模拟结果及搭建光学系统,对不同样品进行实验探究,证实了本方法的有效性。使用本方法,无需增加实验成本即可获取更优质的重建结果,并保持叠层成像技术的优势。本方法具有较强的抗噪声和抗孔径偏移能力,是一种简约、稳健、通用性强的衍射成像技术,具有较为重要的实用价值。

基于像素不扩展视觉密码的光学彩色脆弱水印

本文提出了一种基于像素不扩展视觉密码的光学彩色脆弱水印系统.一方面,使用像素不扩展视觉密码对水印图像进行编码,避免了因视觉密码引起的像素扩展问题,使得后续可以选择与水印图像具有相同像素大小的彩色宿主图像,大大减少了传输过程中所占用的网络带宽以及存储空间.另一方面,使用相位恢复算法对编码后水印图像进行处理得到用于嵌入宿主图像的相位信息,以光学的方式进一步提高水印图像的安全性.使用计算机模拟验证所提光学彩色脆弱水印的可行性、不可感知性,并通过一系列仿真攻击实验验证所提水印具有良好的脆弱性,在面对噪声污染以及旋转、运动模糊处理、滤波等常见的攻击下均可灵敏地检测出图像发生了篡改.

基于光学隐藏视觉密码的欺骗追踪系统

提出了一种基于光学隐藏视觉密码的欺骗追踪系统.该系统将秘密图像分解为多幅有实际意义的掩饰图像,将其中一张掩饰图像嵌入脆弱水印,作为检验密钥,检验密钥单独传输.然后将其余掩饰图像隐藏在相位密钥中,进行传输时有很好的不可见性.掩饰图像的像素排列若被不诚实的参与者篡改,则称为欺骗图像.将每张相位密钥分发给不同的参与者,以保证在追踪到欺骗图像时可找到对应的欺骗者.在提取过程中,只需要对该相位密钥进行傅里叶变换,即可得到掩饰图像.检验时,将检验密钥与任一掩饰图像进行非相干叠加,以是否出现验证图像为条件,就可检验掩饰图像是否被篡改,以达到欺骗追踪的目的,将数量大于等于门限k的掩饰图像和检验密钥进行非相干叠加即可得到秘密图像,仿真实验结果表明,该系统可应用于利用不可见视觉密码术传递实际信息时,对内部欺骗者的追踪.

基于标量衍射理论的图像解密三维信息构造方法

提出合理设置相位延迟以提高光学三维信息解密质量的方法.利用多个垂直于同一光轴的二维函数,分别以离轴和同轴的形式构造简单三维信息.采取基于相位抽取的光学三维信息加密算法进行模拟,验证了同轴构造三维信息解密质量受噪声干扰较大,且噪声的产生与加密过程中的相位抽取无关.通过考察信息相位分布和相位延迟对解密质量的影响,证明合理设置相位延迟可降低解密噪声.设计2种相位延迟设置方案,分析相应的约束条件.

融合散斑干涉技术的阵列式洛伦兹力微颗粒探测方法

提出了一种阵列式洛伦兹力微颗粒探测法,该方法结合了散斑干涉技术的全场位移测量、分辨率高等特性与洛伦兹力微颗粒探测法中探测量为矢量、可探测内部缺陷等优势,探索了一种实时、在线、原位的缺陷检测方法.针对阵列式洛伦兹力微颗粒探测法中阵列式排布的多个悬臂梁位移测量问题,设计了大剪切数字散斑干涉系统,使来自于被测悬臂梁和安装悬臂梁的横梁的反射光发生干涉,形成剪切干涉,通过对相位差进行分析获得悬臂梁的绝对位移,并且以洛伦兹力及悬臂梁末端的位移量为中间量建立了散斑干涉相位差与缺陷体积之间的关系.本文通过实验成功获得了悬臂梁全场位移量以及缺陷的体积,通过散斑干涉的方法测量悬臂梁位移量理论分辨率可达30 nm,这使洛伦兹力微颗粒探测法具备了微米级缺陷的探测能力.

传导系统中TE/TM偏振模态的辨析

电磁波/光传输特性研究中常用TE/TM偏振描述波的传播模式.不同系统中对TE/TM偏振的定义却存在差别,有时还与s/p态混合使用,使研究者在理论和实验研究中产生概念混淆和结果矛盾的问题.本文从电磁理论出发,对传导系统中可能存在的偏振模式进行深入的推导和分析,解释TE/TM偏振态存在原因和可能状态,对其与s/p态的区别进行比较说明.针对空间偏振态的易混淆问题进行逐一解答.

基于平行平晶的三步相干衍射成像系统

传统单光束多强度重建(SBMIR)系统中,多次平移图像传感器所积累的误差导致光电成像系统的成像效果及有效分辨率降低,为了解决这一问题。本文提出基于平行平晶的三步相干衍射成像系统,采取插入或抽取2块平行平晶的方法获取3个不同的衍射面,实现了对复振幅型物体的成像及恢复重建。数值模拟及实验表明,系统有效克服了SBMIR系统中数次平移的误差积累问题,且仅需记录3个衍射面,避免过采样。而且光学系统实现简便、可重复性高。