自然光条件下成像的相位检索方法与系统设计

相位检索技术利用直接测量得到的强度分布恢复相位信息,从而重建波函数,是光学和图像处理中的重要研究领域。在研究了现有的基于强度传输方程的相位检索的基础上,建立了符合自然光条件下普通相机拍摄图像原理的光传播模型,设计了相应的数据采集光学平台系统,并推导了新模型下的相位检索方法。模拟和真实实验结果验证了相位检索方法的合理性和正确性。新方法的提出将传统的基于强度传输方程的相位检索算法的应用范围扩展到了全息显示等宏观领域。     

基于透镜模型的部分相干光场相位检索技术

基于强度传输方程(TIE)的相位检索技术通过光学 与计 算的结合,利用强度信息恢复相位,避免了由于干涉法造成的分辨率、敏感性等问题,理论 和 实验证明是获取相位信息的一种可行途径。 这一方法是基于相 干照明假设前提推导出的,将TIE直接扩展到部分相干场是困难的,因为部分相干光 场对于时间是随机 波动的,需要使用点对之间的相关函数完整描述。结合部分相干光场的光学特性以及实际 成像中的透镜 相位调制作用,本文提出了一种基于透镜模型的部分相干照明下的相位检索新方法,并给 出了一致照明和 非一致照明下的相位检索结果。实验验证了新方法的合理性和正确性。新方法的提出,扩展 了传统的基于TIE的相位检索方法的应用范围。     

强度传输方程和角谱迭代融合的相位检索算法

相位检索技术将光学与计算相结合,从强度测量中恢复相位,包括强度传输方程法和角谱迭代法。但前者仅对近场相位的恢复有效,其基于相干照明的假设前提使得该方法不能直接应用于自然场景的相位检索中;而后者具有迭代不确定性、收敛速度慢等缺点。探讨了在相干照明情况下传统强度传输方程法和角谱迭代法相融合的相位检索算法,将该融合法进一步扩展,提出了适用于自然场景透镜模型的相位检索方法,即使用强度传输方程法计算像平面的相位,并将该相位值作为角谱迭代的初始值,根据光路的可逆性,迭代出物面的相位信息,分别给出了两种情况下的实验结果。     

基于准动态Green函数的TDMEI方法分析矩形微带天线

运用TDME1分析了矩形微带天线，为了简化编程计算，根据近场近似，采用准动态方法推导了矩形微带天线的格林函数，得到了较简单的格林函数解析表达式，避免了无穷积分。计算仿真结果和测试结果较吻合。     

自适应聚焦下基于强度传输方程的相位恢复

基于强度传输方程的非干涉相位恢复方法是通过对强度图像求解方程来获取相位的一种途径。在图像采集过程中,对聚焦图像的选择是很重要的。但该过程通常是由主观方法来确定,从而导致聚焦定位不准确,进而影响相位恢复结果的精度。首先,提出了一种基于强度传输方程的自适应聚焦相位恢复方法;其次,使用边缘占空比对采集图像进行定位,在求解相位之后进行循环角谱传播,直到边缘占空比定位位置不变,即被认为是定位到了最佳聚焦位置;最后,再使用强度传输方程求解样本的相位。结果证明:该方法不仅提高了相位恢复的准确性而且减少了获取大量图像的次数。在模拟实验中,恢复相位与原始相位的相关系数达到0.9866,均方根误差为0.3050。在实际的微透镜阵列实验中,用所提出的相位恢复方法恢复出的微透镜高度与真实高度误差仅为5.7%,证明了在显微成像领域,所提算法可以定位到最优聚焦位置,有利于自动聚焦技术的发展,进而提高相位恢复的精度。     

透镜模型下基于色散和强度传输方程的相位恢复技术

针对基于强度传输方程（Transport of Intensity Equation, TIE）的非干涉相位恢复技术要求光源是单色的限制,以及强度采集过程移动CCD或物体而引入的机械误差,提出了一种适用于透镜模型下的色散相位恢复技术。该方法基于透镜成像系统的相位变换特性,将色散与TIE结合在一起, 使不同波长的光经过透镜系统后在同一位置成像,从而在不机械移动的情况下获得聚焦和散焦强度图像。再利用散焦量与波长的关系结合TIE计算出物体的相位信息。模拟实验中用该方法恢复物体的相位与原始相位的相关性系数为0.970 7,均方根误差为0.061 8;同时真实实验对透镜阵列相位进行了恢复,实验结果与真实参数误差为1.74%,证明了所提方法的正确性和有效性。     

并矢Green函数的构造

提出并矢Green函数应与δ函数一道作为奇性广义函数（即分布），它们在r’≈r处没有常义定义。应当看作某些正则广义函数在泛函等值意义上的极限。正确理解并矢Green函数的意义，根本不出现发散积分，应当可以按常规数学原则来处理。具体讨论了自由空间和均匀波导内的并矢Green函数，得到了判断“正则化”是否合理的准则。     

基于多尺度相位特征的图像检索方法

在基于内容的图像检索中,一个关键的问题是图像视觉内容的表述。而传统的颜色,形状和纹理特征对于图像内容的表述尚且不够完备。为进一步提高检索准确率,针对人眼视觉特性,该文提出了一种基于多尺度相位特征的图像检索方法。该方法首先采用尺度空间理论得到图像的多尺度描述,然后通过复数可调滤波(complex steerable filtering)提取图像的多尺度相位信息并利用直方图投影获取全局统计的多尺度相位特征。在通用数据库COREL 5000上的实验结果表明,该特征相对经典的颜色特征提高至少5%检索准确率,且能对之提供有效补充。     

头相关传输函数相位特性及双耳时间差的意义

从头相关传输函数相位特性的角度,综述和讨论了双耳时间差的各种不同定义及它们的物理意义,指出对头相关传输函数相位特性的不同考虑对应不同的双耳时间差定义。以双耳时间差的一些实验数据和计算模型为例,讨论了几种双耳时间差的结果及它们的内在联系,并强调指出对双耳时间差进行比较时,只有计算方法和条件相同的情况下才有意义。     

近场头相关传输函数的最小相位特性研究

通过分析近场HRTF原函数与最小相位近似函数之间的相关性和相位误差,研究生理结构影响近场HRTF最小相位特性的空间规律。结果表明,近场HRTF最小相位特性整体较好,较差的区域主要是在受声耳异侧与前方之间的区域;最小相位特性随声源距离的变化没有大的差异,只是在局部有所不同。最后,对HRTF最小相位近似进行了心理声学实验,发现最小相位近似引起的相位误差在听觉上是不可辨别的。     

基于液晶空间光调制器的涡旋相位恢复检测系统像差

提出一种基于液晶空间光调制器对涡旋相位进行相位恢复的方法,这有别于传统相位恢复算法。实验中利用液晶空间光调制器产生光学涡旋,再利用CMOS摄像头来捕捉涡旋光斑。采用改进的GS算法对系统相位进行恢复,算法中入射液晶面光振幅与随机输入相位结合进行迭代计算恢复液晶波阵面。因为程序经过多次迭代计算均恢复出涡旋相位,故证实该方法可进行相位恢复。通过计算得出系统的像差,同时利用泽尼克多项式对系统像差进行了定量分析。     

基于全变差正则化的相位恢复算法

相位恢复问题是指仅通过信号傅立叶变换（或其它线性变换）的幅值恢复原始信号.由于相位信息的缺失,该问题是一个不适定问题,因此需利用先验知识确保精确重建.本文基于非线性压缩感知框架,提出利用自然图像在梯度算子下的稀疏性进行相位恢复的算法.该算法将全变差正则项融合到基于支撑约束和幅值约束的相位恢复问题中,并利用交替方向乘子法（ADMM）对所对应的非凸优化问题进行求解.实验结果表明,该算法明显优于HIO,RAAR等经典的相位恢复算法,并对噪声具有鲁棒性.     

基于不同格林函数的噪声源定位方法研究

格林函数作为近场声全息算法的传递函数,其傅里叶(Fourier)谱的准确获取是声场高精度重建的前提。该文详细介绍了近场声全息的基本原理,推导了两种格林函数傅里叶谱的获取方法,并通过仿真对水下多声源进行逆向重构定位。仿真结果表明,声源较少时,两种方法的定位误差均不超过5cm,且声源声压幅值对应成比例;当声源数较多时,基于K-空间抽样格林函数具有抑制多声源相干产生的虚拟声源的鲁棒性,更适于多噪声源的定位。     

生物细胞定量相位显微技术及相位恢复方法的新进展

相位显微技术,尤其是定量相位显微技术,能够非侵入、无损伤地实现相位体形态结构成像,从而在生物细胞结构分析、类别识别和动力学行为研究中有着极其重要的应用。根据相位显微成像光路特征对相位成像技术做了分类,对典型的同轴干涉和离轴干涉两类成像技术进行了特征评析,并且介绍了这两类技术中几种重要的相位恢复方法,对三维定量相位显微技术的最新研究现状也给予了简单介绍,最后展望了相位显微技术未来的发展趋势。     

螺旋线慢波系统的并矢格林函数分析方法

重点研究了利用并矢格林函数求解同轴结构中的色散方程.给出了场的并矢格林函数的普遍形式,并以螺旋线和双绕螺旋线为例,利用并矢格林函数法求解色散方程.     

用二维格林函数分析静态电荷分布

叉指换能器精确的频率响应是由它的表面电荷分布所决定的，所以，计算换能器的表面电荷受到越来越多的关注。文章推导了二维格林函数的表达式，使用二维格林函数计算了叉指换能器的静态电荷分布，最后指出为什么在表面波设计中对于切趾加权换能器的理论设计总与实验有差别，需要辅以大量的实验来修正指条的加权系数的原因。     

采用格林函数法的渐变脊波导设计

文中运用格林函数法设计出切比雪夫渐变脊波导,采用数值方法对理论设计进行实例验证,并利用微波工作室对设计结果进行了瞬态分析,实验表明在40%的带宽内,其驻波系数小于1.1.作为输能装置,这种脊波导具有渐变长度短、匹配特性好、工作频带宽、驻波系数小等优点,并已经应用于C波段前向波放大管.     

无相位近场测量和全息诊断中基于泛函极值的相位恢复方法

相位恢复是无相位近场测量和全息诊断的关键技术.本文考虑探头修正,构造加权目标泛函,给出避免局部极值的无相位测量条件.为提高计算效率和工程实用性,对Fletcher-Reeves共轭梯度法采取再开始技术、FFT算法和构造迭代初值等改进措施.数值模拟表明,应利用有关天线和近场测量的先验信息,选取尽量少的搜索变量.实验结果验证了本文方法的正确性和有效性.