微透镜阵列成像串扰现象分析

针对微透镜阵列成像时单元图像间存在的串扰问题,文中基于矩阵光学理论,分析了经微透镜阵列成像像面与物面的空间关系,模拟计算2×2的微透镜阵列成像,设计了焦距为7 mm的1×2阵列进行实验研究。研究结果表明:单元图像间距随微透镜焦距和物面尺寸的增大而减小,随微透镜间距和物距的增加而线性的增大。对于焦距为7 mm的微透镜,物距为40 mm,当物面尺寸为55 mm×55 mm时,获得了单元图像恰好分离的临界值,实验结果与模拟计算的理论值一致,该结果对设计微透镜阵列的成像系统具有一定的参考价值。

线性剪切空间调制快拍成像偏振仪动态定标数据处理技术

基于动态定标的线性剪切空间调制快拍成像测偏技术能够在动态环境(如温度变化)下对目标偏振信息进行更精确的实时测量,但实验噪声会引起反演图像的条状畸变。针对这一问题,系统分析了快拍成像偏振仪动态定标技术原理和目标相位的定量求解过程,提出了结合相位差分与双线性插值算法的噪声识别与相位修正方法。实验和计算结果表明,经过相位求解和修正计算,条带状失真得到去除,反演成像质量提升。为高相位变化和低信噪比环境下空间调制快拍成像测偏技术的实时应用提供支持,推动其在动态环境下的工程实际应用进程。

基于光学衍射神经网络的拉盖尔-高斯光束识别

拉盖尔–高斯(Laguerre-Gaussian,LG)光束除了轨道角动量(orbital angular momentum,OAM)维度外,还拥有径向量子数p,因此LG光束可以为光通信和光计算等应用提供更多的物理自由度。但目前常见的干涉、衍射机制的LG光束模式探测方法在受到大气湍流的干扰时,识别准确率会明显下降,从而限制了其实际应用。提出了一种基于衍射神经网络(diffractive neural network,DNN)的LG光束识别方式,实现了p在1~3范围内的识别。即使在强湍流强度,衍射距离为5 m的情况下,该识别方式的识别准确率依然能达到95%以上。该DNN方法能够为准确识别LG光束模式提供有效途径,在大容量OAM通信、高维量子信息处理等方面均具有潜在应用价值。

基于分数Talbot效应的棋盘格状阵列照明器

基于分数Talbot效应,利用纯位相光栅设计了一种二维棋盘格状阵列照明器。利用菲涅尔衍射理论分析了平面光波照射下纯位相光栅衍射光场,得到位相调制为(0,π/2)的二阶纯位相光栅可以实现压缩比为2的棋盘格状阵列照明。利用二元光学器件制作技术,在光学玻璃基底上制作了位相光栅。在扩束激光光束照射下,在分数Talbot距离处获得了效率为83.2%的棋盘格状明暗相间光斑阵列。实验结果很好地验证了理论分析结论。研究结果对于光互连、光通信、光电混合处理领域中阵列微光束生成和应用都具有较高的理论和实用价值。

空间频率估计在傅里叶变换轮廓术中的应用

作为空域位相分析的主要技术之一,傅里叶变换轮廓术在图像中引入载波,通过傅里叶变换在频域中滤波提取条纹信息,但其中大位相变形可能增加条纹分量的带宽,导致难以获取其位相图。对此提出将空间频率估计应用于傅里叶变换轮廓术,在不规则图像中应用傅里叶变换,利用估计的空间频率设定较小频率搜索范围,通过图像边缘上的位相梯度估计出边界外像素点的强度,从而将非矩形光场扩展成矩形光场,以边界外推提高傅里叶变换轮廓术的精度。仿真实验结果表明,将空间频率估计算法应用于傅里叶变换轮廓术,能提高搜索效率,有效减小傅里叶变换轮廓术的边缘误差,提升三维面形重建的速度和精度。

大气湍流下超振荡望远成像的理论研究

为了实现大气湍流动态干扰下望远镜对远距离目标的超衍射极限成像,采用光学超振荡原理局部衍射压缩光学系统点扩散函数,并对提高成像分辨率效果进行了理论研究。结果表明,中等湍流强度校正后,波前残差均方根约为波长的1/15(波长λ=632.8 nm)时的干扰下,超振荡光场调制能够实现望远系统点扩散函数的衍射压缩,衍射压缩倍率为0.75;对不同中心间距双孔的成像研究验证了超振荡望远系统约0.80倍瑞利衍射极限的超分辨成像效果;波前残差的均方根大小可能会导致望远系统点扩散函数的衍射压缩倍率和成像分辨率存在差异。此研究结果可应用于高精度星点定位、超分辨望远等领域。

非线性系统中双频光栅相位测量

为了在非线性测量系统中获得更好的相位测量结果,提出了一种在几乎消除非线性影响后使用双频光栅投影的相位测量方法。首先,讨论了相位测量系统的非线性效应,分析了频域中存在高阶频谱成份的基本原因,给出了减小非线性效应并分离基频信息的基本方法。然后,在减小系统非线性效应影响的基础上,分析了使用双频光栅投影测量被测物体条纹图像的相位基本原理。为验证所提出的相位测量方法的有效性,进行了计算机仿真和实际实验,获得了良好结果。在仿真实验中,该方法的误差值为有非线性影响方法的27.97%,为几乎没有非线性影响方法的52.51%;在实际实验中,该方法的相位恢复效果最好。表明采用本文方法所测量的相位效果好,误差较小。

单次照射散斑高质量快速成像

利用基于光学记忆效应的单帧散斑自相关方法,研究了光透过随机散射介质的快速成像。短的相机曝光时间内的高质量快速成像需要尽可能消除影响成像质量的因素。通过引入旋转散射片来消除光束的空间相干性,避免相干噪声对成像质量的影响。光斑对比度可衡量光束的空间相干性被消除的效果,影响光斑对比度数值的主要因素有三个:旋转散射片介质颗粒度即目数、转速、相机曝光时间。实验分析了220目数和600目数两种旋转散射片和不同转速、相机不同曝光时间的情况。结果表明,转速提高和相机曝光时间的增加均使得光斑对比度下降并提升散斑相关成像质量,相机曝光时间超过一定值后,光斑对比度和成像相关系数随散射片转速和曝光时间的变化相对较小。因此对于相机曝光时间短的单帧散斑快速成像,选择最合适的散射片转速对高质量成像非常重要。通过优化算法来提升成像质量。根据对光学传递函数约束的迭代算法,无需利用目标的先验信息即可恢复系统的点扩展函数,该点扩展函数适用于不同形状、不同大小的目标,结合单帧散斑自相关算法可实现快速成像,与仅使用单帧散斑自相关算法的情况相比成像质量显著提升。

离轴非球面的计算全息图高精度检测技术

为了实现离轴非球面高精度定位、光路对准及面形检验,提出了一种使用计算全息图(CGH)技术实现离轴非球面高精度光学检测的方法。将被检非球面倾斜平移后作为轴上自由曲面进行CGH补偿检测设计,从而减小了检测光路的相对口径和CGH所需补偿像差,提高了CGH检测精度。使用自行开发的CGH专用设计计算软件,设计完成的CGH同时具有非球面检验、检测光路对准、被检非球面基准定位等多项功能。采用该方法设计(设计精度优于λ/10 000rms)并制作CGH对面形精度优于λ/50rms的离轴非球面进行了检测,误差分析表明,其检测精度优于λ/100,与传统null-lens方法的检测结果精确吻合。实验表明,采用该CGH可同时实现离轴非球面位置高精度定位、CGH与干涉仪对准以及离轴非球面高精度面形检验。

傅里叶望远镜成像质量分析与评价

斯特列尓比通常被作为评价傅里叶望远镜成像质量的方法.该方法通过求得复原图像与理想图像的相关度来评价成像质量,主要用于计算机仿真分析.然而,在真实环境中往往因为不能预知被测目标的形貌特征,使斯特列尓比像质评价方法失去作用.本文针对实验室内傅里叶望远镜成像数据,采用了两种不需要参考图象对比的方法:灰度平均梯度法和拉普拉斯梯度模法描述复原图像包含细节信息的程度,分析了非参照图像评价方法的可行性.对同一复杂程度的目标,分别利用计算机仿真及室内实测数据成像,分析灰度平均梯度法、拉普拉斯梯度模法与斯特列尓比描述成像质量的一致性.结果表明,分析灰度平均梯度法、拉普拉斯梯度模法这样的评价与斯特列尓比评价趋势一致,证明了分析灰度平均梯度法、拉普拉斯梯度模法无参照评价方法用于分析与评价傅里叶望远镜图像质量的可行性.

利用灰度图提高 Fourier变换轮廓术的测量精度

在 FTP测量中 ,常利用 π相移方法来消除零频 ,以避免频谱混叠 ,提高 FTP的测量精度。此时 ,测量系统中包含相移装置 ,增加了系统的复杂性。然而 ,人们常常忽略了灰度图中包含的信息在 FTP测量中的作用。本文提出了在 FTP测量中利用一帧灰度图来提高测量精度的方法。该方法测量装置简单 ,又可以达到π相移的效果 ,在实际的 FTP测量中的意义。

傅里叶变换红外光谱仪动镜倾斜和动态校准研究

分析了迈克尔逊干涉仪中动镜和定镜在圆形通光孔径情况下动镜在扫描过程中倾斜对干涉调制度的影响.为满足干涉调制度要求,理论计算发现动镜倾斜角度需控制在1″以内,对应的相位误差为±6.6°以内.为了解决此问题,使动镜和定镜保持准直,采用定镜动态校准系统对动镜倾斜误差进行校准.实验结果表明,校准后的XR和YR相位误差的均方根分别为1.02°和1.25°,满足系统要求.动态校准系统能够有效地校准动镜长距离运动过程中发生的倾斜误差,对高分辨光谱仪的设计和研制具有一定的指导意义.

新型空间调制微型傅里叶变换光谱仪的设计与仿真

傅里叶变换光谱仪(FTS)在光谱分析中的应用越来越广泛,并且其微型化的趋势也愈加明显。文章设计了一种新型空间调制微型傅里叶变换光谱仪。在介绍其结构理论的基础上,对其空间的光强分布进行了模拟,通过对该结构下引起相位误差因素的详细分析,采用改进的Mertz相位校正方法对小双边的采样数据进行了光谱复原,其理论分辨率可达到3.43nm@800nm,信噪比的理想分辨极限为6.8dB。该结构的微型FTS可以用微机械加工的方法来实现,具有性能稳定,误差容易校正等优点,文章对空间调制微型傅里叶变换光谱仪的结构设计及仿真,为微型FTS的微机械加工实验提供了理论支持,还为微型傅里叶变换光谱仪的进一步应用提供了更广阔的空间。

分数傅里叶域数字水印算法

基于离散分数傅里叶变换 (DFRFT)快速算法发展了一种分数傅里叶谱域图像水印算法 .该算法根据分数傅里叶变换谱具有空域和频域双域信息表达能力 ,分别对原始图像和所加水印信息进行不同级次的分数傅里叶变换 ,提取水印分数傅里叶谱的低频成分并直接将其叠加到原始图像的分数傅里叶谱中的对角像元上 ,然后再进行逆变换得到水印图像 .在JPEG压缩、图像旋转及剪切等攻击方式下 ,对该水印算法进行了鲁棒性分析 ,数值实验表明该水印算法具有良好的抗攻击性和安全性 .

求解分数傅里叶变换衍射积分的一种快速算法

在对Lohmann二型分数傅里叶变换 (FRT)和菲涅耳衍射积分进行比较的基础上 ,给出基于快速傅里叶变换 (FFT)求解该分数傅里叶变换和菲涅耳衍射积分的快速算法及算法适用范围 数值模拟实验证明了理论的可靠性和算法的高效性

多光束合成场远场特征的傅里叶分析

由傅里叶光学原理给出了多光束合成场的远场表达式,在此基础上求出了分布在园环上的相干光源合束后的远场解析式。对光源按角度均匀分布在环上的情况,重点讨论了光源数目为2,3,4情况下远场光强暗环(线)。研究表明,在光源数目为2的情况下,远场图上只有暗线没有暗环;在光源数目为3,4的情况下,远场图上的暗环并非圆形环。由于傅里叶方法运算简单,而且还可用于激光器输出并非严格高斯光束(如光纤激光器、半导体激光器)等情况,因而对分析相干合束有其独特优势和实际意义。

低对比度环境下运动目标光学相关检测技术

在用光电混合联合变换相关器对运动目标进行检测的过程中,为了在提高运算速度的前提下解决运动目标在低对比度环境中所导致的低识别率问题,提出一种基于提升小波的边缘检测算法,该算法能在将目标边缘准确地从低对比度环境中提取的同时,将传统小波变换的计算量减少一倍,显著提高运算速度,满足运动目标检测在处理速度上的需求。将该算法应用于光学相关检测,并结合瞬态模板方法可改善目标的识别率,提高在低对比度环境下运动目标检测的效率。对大量具有低对比度特点的运动序列进行光学相关实验,验证了算法对低对比度环境下运动目标检测的可行性。

基于LCD数字投影技术的傅里叶变换法测量物体三维形貌

利用数字投影栅线技术,采集变形前后的两幅图像,存入计算机中,然后根据Fourier变换原理进行处理,解调出物体的形貌信息.整个过程自动化程度较高,尤其是投影栅线为正弦栅线且栅距随意可调,比栅板投影栅线所含噪音小,因此精确度较高,而且使用的仪器常见,对环境要求低,简便易行,有利于进一步推广.给出对爆竹像的实际测量结果,结果表明了该方法的实用价值.

扩展等相关峰综合鉴别函数算法研究

为改进等相关峰综合鉴别函数(ECPSDF)算法,提出了在其约束条件中利用空域构造样本(fi(x,y)-βm(x,y))取代训练样本fi(x,y),将平均训练样本m(x,y)引入到ECPSDF算法的约束条件中,得到了扩展ECPSDF算法(EECPS-DF)。在匹配滤波器设计过程中,针对目标图像、训练样本数和训练样本畸变量间隔,选择合适的β值,使设计的匹配滤波器性能达到最佳。对飞机图像的相关识别进行了模拟和实验,结果表明,当训练样本角间距分别取6°和8°时,其η值分别由0.8584和0.6719减小为0.2145和0.1865,EECPSDF算法能较好地克服ECPSDF算法的缺点。

干涉条纹的高准确度傅里叶变换分析

提出了一种可用于干涉条纹傅里叶变换分析的空间载波频率估计方法.通过干涉条纹的加窗切趾处理及旁瓣质心坐标的计算,得到空间载波频率的高准确度估计.基于傅里叶变换的位移定理,用估计的空间载波频率实现了载频的移除.模拟和实验结果表明此方法可以有效地抑制传统干涉条纹傅里叶变换分析中的载频移除误差和频谱泄漏误差.