基于霍夫变换的结构光场3维成像方法

为了在被测物体部分被遮挡的情况下,仍能完整地测量出物体的表面形貌,提出了一种基于霍夫变换的多线结构光标记的光场3维成像系统。通过提取亚像素的条纹中心坐标进行投票,分析霍夫参数空间中的投票分布,设计了自适应范围投票和自适应窗口策略,无需对条纹级次编码也能够准确地确定对极平面图像中多根直线的参数。结果表明,该系统拟合平面的平均偏差为0.0096 mm,标准偏差为0.0074 mm,并利用光场成像中不同视角下物体的遮挡关系不一致,准确地恢复了被遮挡物体的完整表面形貌。这一结果对于解决3维测量过程中遮挡问题是有帮助的,该研究为获取完整和高效3维数据的测量方法提供了参考。

基于结构光场的目标三维重建技术研究

针对传统被动光场成像在对低纹理目标进行重建时精确度低问题,论文结合光场成像与结构光技术,将颜色通道作为载体,分别对应三个不同频率条纹图,利用一帧复合条纹图投射被测目标表面,接收端在多个方向对目标表面变形条纹进行记录。获取的结构光场通过利用傅立叶分析法,得到相位编码场,由于相位编码场的角度方差在整个深度范围内呈单峰分布,当目标表面深度与重聚焦的深度一致,角度方差最小,以此来确定目标深度信息,相比于传统三维成像技术,提高了重建精度,且易于工程实现。

结构光场的非正弦性对调制度测量轮廓术精度的影响

在采用结构照明的调制度测量轮廓术中 ,条纹的调制度对测量精度具有重要影响。本文讨论了结构光场的非正弦性对条纹调制度测量的影响并给出了影响规律 ,即相移次数为L时 ,只有n =mL± 1次谐波会对调制度产生影响 ,调制度误差频率为L倍基频频率 ,实验验证了这一规律的正确性。本文的工作对调制度测量轮廓术具有重要意义。

光线庞加莱球法构建的结构光场及其传输特性研究

结构光场在光信息传输、显微成像以及微粒俘获中有重要作用.本文基于光线庞加莱球法结合不同花瓣数的梅花曲线构建了一类结构光束.根据光线庞加莱球法可计算这类光束在束腰面上的光强与相位分布,以及光束内外焦散线的分布.这些焦散线的特征表明梅花形结构光束具有无衍射与自修复的特性.进一步采用角谱衍射法和光线追迹研究了这类光束在空间中的传输特性.当梅花花瓣数为0时,该光束退化为拉盖尔-高斯光束;当花瓣数为1时,内焦散线汇集到两点,使光束具有无衍射特性.通过光线庞加莱球法获得其光线在空间传播的轨迹,直观地展示了光束被遮挡后的自修复特性.此外,本文还展示了花瓣数为5的结构光束,其内焦散线为十角星结构,该光束同样具有自修复特性.通过修改梅花曲线参数或选择其他庞加莱球面曲线可以构造更加复杂的结构光场.

物体面形对结构光场的空间调制：计算机模拟

提出一个实现三维面形对结构光场的空间调制的计算机仿真系统。重点讨论仿真系统的基本原理、投影光场与观察光场和三维面形的几何关系、该系统的实现方案。本文还给出了在一定系统参数条件下，几种特殊三维面形对空间结构光场调制的实验结果。

可调谐手性结构光场的产生及调控

提出一种环形相位构造方法,并通过实验产生了一种可调谐手性结构光场。在螺旋相位的基础上引入径向相位与等相相位形成环形子相位,在平面波上加载该相位产生单环手性结构光场。进一步利用相位叠加原理,组合多个不同环形子相位构成一个环形相位,进而利用其调控产生多环形手性结构光场。研究发现,通过控制拓扑荷数、等相位因子、径向偏移因子,能够灵活控制螺旋强度瓣叶的数量以及手性方向。此外,通过引入等相位梯度实现了光场的动态旋转。所构建的可调谐手性结构光场有益于手性结构微加工,在光学微操纵及光学通信领域也有较大的潜在应用价值。

光场空间结构全维度非线性调控理论及应用

得益于数字全息与几何相位平面光学技术的逐渐成熟,空间结构光场调控及应用研究已在线性光学领域取得蓬勃发展。与之相比,以非线性光学为物理途径的相关研究虽能实现许多关键功能(如光场间信息交互)却仍处于起步阶段。笔者课题组在国家自然科学基金等项目的支持下,近期聚焦光场调控与非线性光学领域前沿问题“空间多模态经典及量子光场的非线性产生、变换及接口技术”,重点突破了空间全维度参量变换理论与相关技术瓶颈,取得了一系列理论及应用创新成果,为高维量子光学相关实验研究的开展打下坚实基础。

结构光场编译码通信研究进展

结构光场是一类对光波空间结构进行剪裁的特殊光场。广义的结构光场包括具有空间变化的幅度、相位、偏振分布和空间阵列分布的光场。结构光场因其独特性而在光学操控、显微、成像、计量、传感、非线性光学、天文学、量子科学和光通信等领域获得了广泛应用。基于结构光场的光通信技术包括复用通信和编译码通信。本文回顾了结构光场编译码通信的研究进展,全面综述了结构光场的产生方法以及不同空间模式(轨道角动量模式、无衍射贝塞尔模式、线偏振模式、矢量模式、空间阵列)、不同编码方式(直接模式编码、高速映射)和不同应用场景(光子芯片、自由空间、光纤)的结构光场的编译码通信,并对其未来发展趋势进行了分析和展望。结构光场编译码通信开发了光场空间域维度资源,有望为解决光通信新容量危机和实现光通信可持续扩容提供潜在的解决方案。

结构光场中高阶横模方向的研究进展

当前,结构光场的研究与应用涉及范围不断拓展,而作为该方向分支之一的高阶横模解析与实现,早在结构光场提出前便有探讨,且随着理论、实验技术的发展不断拓展。文中介绍结构光场的发展现状,并对高阶横模研究过程中的重要节点与方向进行阐述,最终总结并展望高阶横模未来的研究思路和应用前景。

三维传感中衍射型结构照明光场的应用

在基于结构照明的三维传感系统中,产生结构照明的方法和装置对正确和有效的三维重建具有重要的意义。本文提出了一种新颖的产生结构照明的方法——基于衍射,特别是菲涅耳衍射原理的结构照明方法。利用角谱理论,通过分析在激光光刀照明条件下,两种不同正弦型光栅的菲涅耳衍射光场的强度分布情况,提出了基于衍射原理的结构照明的原理和方法,并且给出了适用于三维传感的结构照明方案,并通过对实物模型的三维面形测量证实,本文提出的原理和方法是正确的和有效的。

基于结构光投影的光电混合系统

提出一种基于结构光的光电混合系统。为提高相关识别率,把结构光和基于SDF的相移功率谱相减的联合变换相关器结合起来,完成相关识别。该系统兼有物体的灰度信息和形廓信息,是一种具有广阔应用前景的图像识别系统。

基于结构光投影的联合变换相关器

提出一种基于结构光的光电混合系统。为提高相关识别率,把结构光和基于SDF的相移功率谱相减的联合变换相关器结合起来,完成相关识别。该系统兼具有物体的灰度信息,又具有物体的形廓信息,是一种很有应用前景的图像识别系统。

半导体微盘腔激光器的腔模结构分析

应用光流线量子力学理论，分析了微盘激光器的腔模结构，为半导体微盘谐振腔的＂回廊耳语模＂~［７］（ＷｈｉｓｐｅｒＧａｌｌｅｒｙＭｏｄｅ）现象做出了理论解释，并对不同尺寸的微盘可能存在的模式做出了理论计算，为微腔激光器的设计。制作及输出光模式的预测提供了理论依据。

位相测量轮廓术中二元误差扩散光栅的研究及应用

提出了一种误差扩散的二元编码模板,用于产生较为精确的正弦光场.通过计算机仿真分析了该方法产生的正弦光场与标准的正弦光场之间的误差,以及误差与二元编码模板每周期采样点数的关系.实验证实了这种二元编码模板用于PMP系统的可行性.

非光学量测量及设备

TB92 95031984物体面形对结构光场的空间调制:计算机模拟=Ob-ject shape’s spatial modulation to structure light field:Computer simulation[刊,中]/梁晓萍,苏显渝(四川大学光电系.四川,成都(610064))∥光电工程.—1994,21(3).

基于结构光投影的三维物体识别

本文提出了一种三维物体识别的新方法。将一正弦条纹投影到物体表面，摄像机得到的是有变形条纹的二维强度像。取出有变形条纹的二维强度像的基频分量的位相部分构造一个纯相位数字滤波器，以受到不同物体表面高度调制的有变形条纹的二维强度像作为输入图像，在频域中完成基频分量之间的相关，最后根据输出的相关峰值大小即可判别不同的物体。这种方法与其它三维物体识别方法的不同之处在于：通过投影条纹到物体表面，使得用于识别的二维强度像中包含有物体的高度分布信息，因此具有较好的识别效果。这种方法具有位移不变性，文中给出了实验结果。

改进的基于结构光投影的三维物体识别

提出一种在识别后期采用修正的无零级条纹调节联合变换相关代替传统联合变换相关(CJTC)的新的识别方法。此方法在原基础上对功率谱作了一系列修正。理论分析、计算机模拟实验和对实物模型的识别实验结果都表明该方法不仅具有本征三维识别的特点,而且相对于CJTC而言其能够抑制相关面上的中央零级项,很大程度上锐化了一级相关峰,明显地提高了信噪比和识别力。该方法进一步拓宽了三维物体识别的应用前景。

基于光场调控的光学图像相关处理:原理与技术进展

光学图像识别以信息处理容量大、运算速度快(基本上接近光速)和高度并行处理能力等特点得到研究人员的广泛关注,在成像、生物医疗、国防军事等领域均具有广阔的应用前景.近年来,随着空间光场调控技术的发展,人们对结构光场的认识愈加深入,使得光学图像识别这一领域焕发出新的生命力.本文从范德·拉格特相关器(Vander Lugt Correlator, VLC)和联合变换相关器(Joint Transform Correlator, JTC)这两大主要光学图像识别相关器的基本原理出发,介绍了光场调控在光学图像相关识别及处理应用中的物理原理与技术进展.从线性光学、非线性光学以及量子光学这三个角度分别介绍不同领域如何通过光场调控实现全光型的光学图像相关处理.

飞秒激光空间光束整形加工技术研究进展

飞秒激光凭借其超短脉宽和极高峰值功率,在微纳加工中发挥了重要的优势,而飞秒激光的加工效率制约其在工业领域的应用。近年来,研究者成功将空间光调制器应用于飞秒激光加工,实现飞秒激光加工效率和灵活性的进一步提高。本文综述了近年来硅基液晶空间光调制器在飞秒激光加工领域的研究进展,主要包括多焦点并行加工、结构光场并行加工和矢量光场加工,分析了三种方法的优势和不足。并从光场均匀性和衍射效率两个方面,讨论了近年来对光场质量的研究。最后探讨了该领域目前存在的问题,并对未来提出了展望。

光纤激光器泵浦的飞秒光学参量振荡器研究进展

超快光学参量振荡器(OPOs)是获得高重复频率、高平均功率、宽光谱调谐脉冲输出的理想途径,为化学、生物、纳米光子学等领域的研究提供了强有力的手段。随着掺Yb^(3+)光纤飞秒激光器输出功率的不断提升及非线性晶体制备工艺的成熟,Yb光纤激光器泵浦的飞秒OPOs发展势头变得锐不可挡。回顾了近年来光纤飞秒激光器泵浦的OPOs的研究进展,介绍了利用飞秒OPOs拓宽波长覆盖范围、提升脉冲重复频率、获得少周期脉冲产生、实现结构光场输出的具体技术方案。最后介绍了飞秒OPOs在纳米光子学、拉曼光谱技术领域的应用。