光学波前传感技术研究进展

光学波前是光波相位面的几何表示,光学波前传感技术通过检测光波传播路径中的相位变化来分析物体的性质。该技术广泛应用于大气湍流检测、光学元件缺陷分析、生物样品研究等领域,在天文学、自适应光学、显微成像、激光系统和生物医学等方面具有重要作用。然而,常见探测器仅对光强度敏感,为了探测光学波前,通常需要在探测前端使用一系列复杂的光学元件,这导致系统体积庞大、成本高昂且结构复杂。近年来,随着微纳光学和人工智能等领域的不断进展,涌现出一系列基于新原理、新器件和新算法的集成化、小型化和高性能的光学波前传感技术。该论文系统综述了近期光学波前传感技术的研究进展,并根据其原理将其分为干涉型和非干涉型两大类,具体包括剪切干涉型、光栅干涉型、近场干涉型、算法重构型和维度关联型等技术。最后,总结了当前领域尚存的挑战,并展望了未来可能的研究方向。

光学成像系统光学波前的高精度测试

基于扩展奈波尔-泽尼克理论,分析了不同出瞳振幅分布情况对光学系统焦面处光强分布的影响。针对光学成像系统出瞳振幅实际分布状态,提出了一种新的测试光学波前的方法,解决了相位恢复算法中出瞳振幅分布不均匀和快速傅里叶变换引入计算误差的问题。通过测评实验,对一光学系统进行了测试,获得的光学系统出瞳波前(PV)值为0.196 5λ,RMS值为0.022 4λ(测试波长λ=632.8nm),此波前中主要含有像散、彗差和高阶像散等像差。该方法亦可用于分析光学系统出瞳振幅分布,数值计算其他焦面处的光强分布。测评实验证明了此方法的有效性。

受大气湍流影响的光学波前模拟方法研究

介绍了模拟自适应光学系统中受大气湍流影响的光学波前的四种方法,即基于Zernike多项式的K-L函数展开法、小波法、Fourier法以及ARMA法。分析比较了四种方法模拟精度和速度。结果表明,前两种方法不论是精度还是速度上都比较好,更适合湍流波前的模拟。

自适应光学随机并行梯度下降算法波前整形规律仿真(英文)

本文首先介绍了基于Zernike模式的SPGD算法对大气湍流畸变波前的整形原理,通过推导得到了关于性能指标的简明表达式,使SPGD算法收敛速率得到明显提升。然后建立了自适应光学随机并行梯度下降算法波前整形系统模型,主要对SPGD算法收敛速率、整形能力和整形效果随波前畸变量和变形镜模型的变化规律作了较为详细的仿真研究,整体定性结果表明：三者的变化规律有一定的相似性,同时利用最小二乘法得到了关于整形能力和整形效果变化规律的定量表达式,若从自适应光学波前整形系统的实时性和简单性考虑,在保证一定整形效果的情况下,选择37单元变形镜对畸变波前的3~27（25）阶Zernike像差进行整形即可。

非科尔莫戈罗夫湍流情况下光学波前的到达角起伏方差分析

引入非科尔莫戈罗夫 (Kolmogorov)湍流情况下的归一化相位空间功率谱 ,针对 G倾斜和Z倾斜两种情形 ,分别推导了非科尔莫戈罗夫湍流情况下光学波前的到达角起伏方差与相位空间功率谱指数下降因子β和归一化大气湍流相干长度ρ0 之间的关系。结果表明 ,对于 2 <β <4 ,非科尔莫戈罗夫湍流情况下光学波前的到达角起伏方差随着β的增加而增大 ,β相同时 ,G倾斜方差总是小于 Z倾斜方差。

基于光学小波滤波的光纤光栅传感解调方法的研究

采用连续波调频、波分复用技术提出了一种分布式FBG加速度测量系。针对分布式传感系统中的解调问题 ,设计了光学小波滤波器 ,有效地改善了非平衡、非线性光学信号的干扰 ,实现了光学波长绝对编码。该解调方法具有结构简单、扫描频率高、分辨率好、线性度好等优点。

光学小波包变换及其滤波器的研究

基于对光学小波变换必要条件的分析,提出光学小波包变换的概念·选出虹膜图库的联合最优小波包基,利用最优基的线性组合生成相应的复合光学小波包滤波器·将滤波器用于光电混合虹膜识别系统中对待识别输入进行小波包特征提取预处理,模拟结果不仅证明引入该滤波器可明显提升系统的识别效果,也证明了光学小波包变换提出的意义·

光学小波变换在视觉系统的应用研究

为了提高图像信息处理速度,利用光电混合实现的方法,将光学小波变换应用于视觉系统设计依据4f相关器光学信息处理的原理,在频域内通过计算机编码,在电寻址空间光调制器上,构建不同类型的小波函数滤波器库,对目标的图像特征进行提取与辨识研究结果表明,基于光学小波变换视觉系统正确可行在图像特征提取中。

分形维数与光学小波变换

用光学方法成功地进行了分形图像的小波变换 ,并测出其分形维数。分形维数值的测定可以推动分形动力学的研究与发展。实验证明 ,光学小波变换不失为一种实时分析分形图像的重要方法。

基于光学小波变换的机器人视觉传感器设计

针对视觉系统处理速度慢的问题,利用光电信息技术设计出基于光学小波变换的机器人视觉传感器。该传感器用4 f光学处理系统实现光学小波变换滤波,以计算机编程加载滤波器,因此兼有光学信息处理的二维、高速、并行和大容量的优点,以及计算机控制灵活的优点。图像特征提取仿真实验结果表明:效果理想,处理速度快,方案可行。

空频域量化误差最小的光学小波滤波器设计

通过理论分析和仿真计算,研究利用不同小波基构造的光学小波滤波器的量化误差,分析交换分解和重构滤波器对光学小波滤波器量化误差的影响。实验结果表明不同小波基的量化误差通常是不同的,具有最小空、频域量化误差的小波基是交换分解和重构滤波器后的5/3小波。根据光学小波滤波器的空、频域量化误差最小原则,基于提升算法,构造出空、频域量化误差最小的最优小波。

用于光学小波变换的图像压缩方法

小波图像压缩数据量大,实现需时较长。本文将光学小波变换技术应用于图像数据压缩,分析光学小波变换系统和光学小波变换系数特点,对相关量化编码方案进行仿真实验,提出适用于光学系统的压缩方案,并实现光学小波变换的有损压缩。通过分析光学系统对量化编码噪声的容许程度,提出光学系统的近无损压缩方法。实验结果表明,近无损压缩重建图像与经光学小波变换直接重建图像相比,PSNR仅有0.1dB的差异,视觉上没有明显差异。

光学Haar小波变换的数值模拟

以Haar小波为例,对光学小波变换过程进行数值模拟.模拟程序包含原图像的读取、Haar小波的构造、频谱变换、空间匹配滤波等内容,能够模拟Haar小波对图像边缘增强过程.通过改变Haar小波的宽度,分析了不同尺度小波的光学变换结果.同时,还提出了Haar小波的二次滤波方法,图像的边缘得到进一步增强.

光学小波变换的伸缩因子极限

分析了光学小波变换的伸缩因子极限,并对几种典型小波函数的伸缩因子极限作了计算.

基于光学小波滤波和FBG技术的分布式加速度测量系统

文中提出了一种声发射波振动加速度测量系统。系统中利用分布式高性能光纤光栅振动加速度测量探头,采用连续波调频、波分复用、时分复用技术,并设计光学小波滤波器,有效地改善非平衡、非线性光学信号的干扰,从而实现声发射波振动加速度的分布测量。加速度测量范围为4.3m/s2～340m/s2;频响范围为准静态～1000Hz;分辨率为7.5×10-7nm/Hz。

胶片制作光学滤波器研究

在图像传输系统中,用光学方法实现图像的小波变换具有并行性和高速实时性的特点,在制作用于图像小波变换的光学滤波器时,会引入人为的或者硬件等带来的误差,所以需要测量光学滤波器的误差,从而在设计时补偿误差。本文对胶片滤波器的精度进行了实验分析,研究结果表明:以24 bit的彩色图像为分析基础,胶片制作图像的灰度级与原始图像的灰度级间并非线性对应,R、G、B三通道的精度略有差异。经多项式拟合对均值进行补偿后,其平均峰值信噪比可提高10～20 dB。

光学畸形波及其一些特性

首先介绍了畸形波和光学畸形波的概念、二者之间的关联和光学畸形波学科的研究背景及价值,然后分别归纳了一维、二维光学畸形波的产生条件、统计特性和概率分布公式,最后探讨了近年来光学畸形波领域内的理论研究与实验进展状况。

岸用光学测波仪在大浪测波中的存在问题和初步解决方法

岸用光学测波仪在大浪测波中的存在问题和初步解决方法古万才（国家海洋局南海分局北海中心海洋站北海市）使用岸用光学测波仪观测波浪的存在问题是：在遇到风暴潮影响出现大浪，波向朝着或背着海岸，浮筒标杆沉没波谷雨看不见的情况下（见示意图），造成在波高观测时间内...

利用光学位相共轭波消除图象的畸变

本文对位相共轭波的共轭特性及其反向通过象差介质后的波面复原能力进行了理论分析和实验,再现了共轭波的图象,并得到了图象还原,消除图象畸变的实验结果。

光学小波滤波器研究

讨论了光学小波滤波器的机理及利用Vander Lught相关器的实现方法。将电寻址空间光调制器作为小波滤波器的加载平台 ,通过计算机编程构建了改进Mexican hat光学小波滤波器。该方法具有良好的灵活性和实时操作性 ,可以方便地实现物体图像特征提取与识别 。