基于Walsh函数调制的单帧图像深度学习相位反演技术

远场相位反演存在简并态,复原波前容易出现多解问题。相较于传统的迭代算法,结合了相位调制与深度学习的相位反演方法不仅显著降低了计算复杂度,还可有效地解决多解问题。这种方法实时性强,结构简洁,显示出其独特的优势。使用不同的沃尔什函数(Walsh)对相位进行调制,采取深度学习的方法训练卷积神经网络从调制后单帧远场强度图中获得第4~30项Zernike系数从而复原出原始波前,解决了相位反演多解问题。对于3~15 cm大气相干长度的湍流像差的残差波前,其RMS与原始波前RMS的比值可达7.8%。深入研究了Zernike阶数、随机噪声、遮挡以及强度图分辨率等多种因素对波前复原精度的影响。研究结果表明,这种基于深度学习的相位反演方法在复杂的环境中展现出了良好的鲁棒性。

契伯格-萨克斯顿方法反演相位的二次驱动改进研究

契伯格-萨克斯顿(GS)方法在反演相位时,其反演结果并不唯一。通过数值模拟,对GS方法用于反演激光光波相位的唯一性问题进行了研究,提出了一种对GS方法做二次驱动改进的新方法,并对经过改进前后模拟得到的反演结果及其误差特性曲线进行了比较。结果说明,改进的新方法不仅能够克服绝大多数相位的不确定性,反演结果准确性强,而且还加快了收敛速度。

对一种线性相位反演波前测量方法的数值仿真

利用数值仿真方法对一种基于线性相位反演波前测量方法的性能进行了详细分析。讨论了这种线性相位反演波前测量方法的定标过程,描述了基于线性相位反演算法的波前传感器的基本组成结构。利用数值仿真计算,分析了系统自身像差和模式标定系数对这种波前传感器性能的影响,通过复原矩阵条件数,分析了靶面像素和这种波前测量方法的空间分辨力的关系。仿真结果验证了该种新型线性相位反演波前测量方法的可行性。

一种线性相位反演波前测量方法的实验研究

描述了基于线性相位反演算法的波前传感器的基本组成结构。在实验室内搭建了相应的演示验证实验装置,对该种新型波前测量方法的特性进行了实验研究。实验计算结果表明:这种根据入射全孔径远场光斑强度分布直接反演出入射波前相位的线性相位反演新方法原理是可行的。只需实时测量一幅焦平面图像,根据焦平面上光强分布的微小变化量与入射孔径面上的相位分布的微小变化量之间存在的近似线性关系,就可以用模式复原的原理复原出入射波前相位。传感器对于离焦,像散等像差模式都可以进行较为准确的测量,误差率都小于1。对称系统像差中存在少量的非对称像差对复原结果的准确性影响不大。

基于森林密度的相位与幅度联合反演算法

森林树高的反演是极化干涉合成孔径雷达(polarimetric SAR interferometry,PolInSAR)领域研究的热点。已有研究表明森林密度会对树高反演精度产生较大影响,但传统算法没有考虑森林密度的影响。针对这一现象,首先利用模拟数据分析森林密度对传统森林树高反演算法的影响;然后根据影响的特点提出一种基于森林密度的相位与幅度联合反演算法;最后采用德国宇航局与瑞典国防研究局机载E-SAR系统获取的PolInSAR数据对文中所用算法进行了实验分析。结果表明,该算法比传统算法反演精度更高,验证了算法的可靠性和有效性。由此可见,森林密度是森林重要的森林物理参数,通过引入森林密度,明显提升了树高反演的效果,说明引入密度参数的重要性。

冲击噪声对多普勒差分干涉仪相位反演精度影响分析及校正方法

多普勒差分干涉仪通过测量干涉条纹的相位变化反演大气风速,由于CCD探测器会受到宇宙射线干扰和CCD自身存在的热像元,干涉图上会形成位置和强度随机的冲击噪声,严重影响风速反演精度.本文探讨了冲击噪声各参数对多普勒差分干涉仪相位反演精度的理论影响,并对冲击噪声进行修正,针对干涉图冲击噪声的特点,基于多普勒差分干涉仪相位反演模型,建立了相位误差与冲击噪声特征参数之间的理论模型,分析指出冲击噪声的强度、位置、峰宽对相位反演精度影响规律,并利用实验数据进行验证.结果表明,相位反演误差随冲击噪声的位置呈周期性变化,与冲击噪声强度和峰宽呈正相关.提出一种最近邻比较与加窗中值滤波结合的干涉数据冲击噪声校正算法,能够有效修正冲击噪声点,且不会对原始干涉数据产生影响,校正后冲击噪声引起的相位误差减小90%以上,有助于提高后续干涉数据处理的精度.

远场光斑反演波前相位的深度学习方法

自适应光学系统中,波前传感器的准确性和鲁棒性极大地影响像差探测能力和闭环校正效果。在波前振幅分布不均匀或信标光能量不足的情况下,哈特曼波前传感器由于存在子孔径缺光现象会导致传感精度下降,而基于远场光斑反演波前相位的无波前传感自适应系统实时性难以满足实用需求。基于深度学习复原波前的方法是通过输入远场光强图像直接求取像差,可以作为自适应光学系统的有效补充。文中通过数值模拟,证明了深度残差神经网络能够通过远场光斑直接预测波前相位的Zernike系数。实验验证了输入与重构波前相位之间校正后残差RMS为0.08λ,GPU加速后的平均计算耗时小于2 ms。该方法能较准确地预测入射波前畸变的Zernike系数,具有一定像差校正能力,适合在传统自适应光学技术中,用于测量并校正波前畸变的主要成分,或为优化式自适应光学提供良好的初始波前估计。

一种相干系数加权的最优干涉相位滤波

给出了一种利用相干系数加权的最优干涉相位滤波方法.证明了滤波后最小噪声方差意义下的最优权值为相位噪声方差的倒数,给出了通过相干系数估计获取最优权值的方法.在相干系数估计中,首先利用外部数字高程模型反演并补偿场景目标点到主辅雷达斜距差引起的干涉条纹;然后根据最小平均相位差准则,利用一组方向性加权窗口自适应选取估计样本,通过仿真实验给出了方向窗参数的合理选择.实验结果表明,这种方法能够更加有效地抑制相位噪声和滤除相位残点.

CSAMT静态偏移的转换相位法校正

静态偏移可使CSAMT实测视电阻率曲线在双对数坐标中产生平行的上、下移动,导致资料解释的精度降低。相位数据与视电阻率的平行移动无关,只与其斜率有关,且相位曲线中同样包含与电场或磁场相同的地质信息,但在实测中不易得到高质量的相位曲线。本文将实测数据中的单分量电场数据转换成相位曲线,可有效地消除静态偏移的影响,且不存在校正不足或过量的问题,也不受测点布置的限制。用转换相位进行定量反演的结果和用电场幅值曲线反演的结果相差无几,在转换中引入的误差可以忽略不计。在CSAMT资料处理、解释中,相位曲线不仅可以和EMAP法一样作为常规的校正静态偏移的处理方法,而且可以和视电阻率数据一样作为常规的资料解释方法。

多普勒差分干涉仪干涉图信噪比对相位不确定度研究

多普勒差分干涉仪通过测量干涉图相位变化反演大气风速.干涉图信噪比是工程应用中影响测风干涉仪相位反演精度的核心指标之一,基于观测数据分析多普勒差分干涉仪中相位不确定度与干涉图信噪比之间的定量关系建立解析模型,对仪器设计、性能评价及风场数据应用具有重要意义.本文基于傅里叶变换光谱学噪声传递理论和多普勒差分干涉仪相位反演模型,建立干涉图信噪比与相位不确定度传递的理论模型.利用多组不同信噪比仿真及实验实测数据,将相位反演模型计算的统计结果与本文提出的理论模型分析结果进行比较验证,结果表明,多组实验数据平均残差小于0.07 mrad,两者的一致性较好,建立的模型为多普勒差分干涉仪效能评估、干涉仪设计优化提供理论依据.

基于Walsh函数调制的单帧远场波前反演方法

单帧远场图像重构波前像差的方法在结构简便性方面有独特的优势。然而,传统的基于单帧远场图像的波前重构算法存在多解问题,算法收敛过程容易陷入停滞。本文在分析单帧相位反演方法的多解问题成因的基础上,提出了一种基于Walsh函数的二维离散相位调制的波前重构方法。此种方法可以有效地打破近场波前的对称性,解决多解问题。仿真结果表明,该方法只需一个远场图像就可以精确地重建波前像差。

全极化干涉SAR反演树高的几种算法研究

极化干涉SAR因其有对植被散射体的空间分布和高度分布的敏感性,同时具有对植被散射体的形状和方向的敏感性,近年来成为反演树高的研究热门。目前,反演树高常用的算法包括相位与幅度联合反演法、六维非线性迭代法以及三阶段算法。本文通过德国空间局(DLR)提供的boi SAR2008P波段的数据,分别对这些算法进行了树高反演实验,结果表明:三阶段算法和六维非线性迭代法反演结果明显优于相位与幅度联合反演法;六维非线性迭代法结果优于三阶段算法,但计算量巨大且依赖于初始值。

白音查干银多金属矿床电性特征研究

通过在白音查干银多金属矿区开展中梯装置时间域激发极化法、偶极-偶极装置相位激电测深和可控源音频大地电磁测深的勘查试验,研究了典型热液银多金属矿床的电性特征,验证了综合电法在寻找银多金属矿床中的应用效果,对矿区外围找矿及其深部找矿具有借鉴意义。

基于线性相位反演技术的自适应光学闭环实验研究

利用成像光学系统、变形镜、装有图像采集卡和D/A卡的PC机等建立了一套基于线性相位反演技术的自适应光学闭环实验系统。在Windows操作系统下用VC完成图像处理和控制算法。利用一台高测量精度的哈特曼传感器测量波前信息并评价自适应光学系统的校正效果。在不同像差大小状态下研究了这种基于线性相位反演技术的自适应光学系统的像差校正能力,收敛速度,稳定性等。实验结果表明,基于线性相位反演技术的自适应光学系统对静态小像差有较好的校正效果。

基于线性相位反演技术的自适应光学动态像差校正闭环实验研究

为了研究线性相位反演(LPR)技术在自适应光学系统中的应用,在实验室搭建了一套基于该技术的自适应光学闭环实验系统,利用19单元变形镜对动态像差进行了实时闭环实验。实验对由变形镜产生的系统像差定标,得到远场定标图像,利用远场实测图像和定标图像之间的光强分布变化量直接复原出变形镜驱动器电压,控制变形镜校正像差。实验数据表明,基于线性相位反演技术的自适应光学系统可以对一定大小的动态像差进行实时闭环校正,并有较好的校正效果,论证了这种系统的可行性。这种系统硬件结构简单,算法运算量很少,速度很快。

本征函数法求解光强传输方程的相位反演方法

提出了一种采用本征函数法求解光强传输方程的相位反演算法。相位可由拉普拉斯算子本征函数展开,各阶本征函数的系数可以由光强沿光轴的微分和本征函数两者的积分得到,由此实现相位恢复。给出了圆形区域和矩形区域拉普拉斯算子本征函数的解析形式,数值模拟了在这两种区域上采用该算法实现相位恢复的过程,结果表明该算法可以很好地实现相位恢复。

一种线性相位反演波前测量方法的原理和性能初步分析

对一种基于线性相位反演的新型波前测量方法的基本原理和性能进行了研究。事先对成像光学系统的自身像差进行定标并记录下定标图像。传感器工作时只需测量出有像差时的一幅远场图像与定标图像的差,就可以用线性矩阵相乘方法得到待测像差对应的泽尼克多项式系数。讨论了这种线性相位反演波前测量方法中确定泽尼克模式复原矩阵的方法。以大气湍流畸变波前像差的测量为例,对这种线性相位反演波前测量方法进行了数值仿真研究。结果表明,这种线性相位反演算法具有空间分辨力高、对小像差测量精度高的特点,但测量动态范围有限。这种线性相位反演波前传感器将适用于自适应光学闭环系统。

线性相位反演传感器与哈特曼传感器的实验研究对比

为了进一步分析线性相位反演波前传感器的性能,搭建了基于线性相位反演测量方法的波前传感器的实验装置。针对各种波前随机像差,同时用线性相位波前传感器和哈特曼波前传感器进行测量和复原,将复原结果进行对比。分析了不同的探测分辨力和不同泽尼克复原阶数对线性相位反演传感器复原结果的影响。分析了靶面分辨力,合理的靶面大小对复原精度是有利的,肯定了线性相位反演波前传感器可以用较少的探测单元实现相似精度的测量,采样靶面像素为8pixel×8pixel时,误差系数仍很小。利用对随机像差片进行不同阶数的复原,线性相位反演波前传感器的复原残差的误差率基本都在0.25以下,能对前35阶像差进行比较精确的复原。

ICF系统全光路像差测量与校正方法

介绍一种新的像差探测方法,该方法能够探测整个惯性约束聚变(ICF)光学系统的像差。驱动变形镜调制各种不同的像差加入ICF光学系统,从而导致远场的焦斑变化,此时将CCD放置到远场探测焦斑强度,同时采用哈特曼-夏克波前传感器在近场探测系统像差变化量。根据不同的系统像差变化量以及与其对应的远场强度,利用改进的相位反演算法可以计算出整个光学系统的像差。数值模拟表明,该方法可以测量并校正整个ICF系统的光学像差。

近场强度分布对线性相位反演算法复原效果的影响

利用数值仿真的方法详细的分析了近场强度分布对线性相位反演算法复原效果的影响。对近场强度分布分别为倾斜、环形和高斯随机型的情况下的复原结果与光强均匀时的复原结果进行对比,结果表明像倾斜型这种大部分为奇函数的近场强度分布对复原效果的影响比较恶劣;而像环形、随机型这样的偶函数或大部分为偶函数的近场强度分布对复原效果的影响则不是很大,特别是当空间频率越高时,对复原效果的影响越小。另外,对于大气湍流畸变得到的近场强度和相位,用线性相位反演算法复原进行了数值仿真,此情况下近场强度分布对复原结果有所影响,但影响并不大。