激光投影系统中影响散斑抑制的参数分析

基于激光投影显示系统中散斑形成机理,从理论上分析了影响投影系统中散斑抑制的两个关键参数,即统计独立散斑图像数量N和探测器成像镜头在观测屏上一个分辨基元内投影镜头分辨基元的数量M。参数M或N值的增大,都将有效降低散斑图像的对比度,但即使投射到屏幕上的独立散斑图像数目N实现巨大,即N→∞,也只能将散斑图像对比度降至1/M。在简化投影系统中,利用旋转小散射片产生统计独立散斑图像的方法,通过系统实验,比较了同一散斑抑制技术用于激光非投影和投影系统中散斑抑制的程度,以及投影镜头F数和探测器成像镜头F数的变化对参数M和散斑抑制的影响。结果表明:对于相同N值和检测条件,投影镜头的存在使散斑图像对比度从0.146提高到了0.427,呈现的散斑更严重,且投影镜头F数的增大还会进一步恶化散斑图像,这使得激光投影系统的小型化受到挑战。     

动态主观散斑的时间相关性研究

根据散射屏移动时动态主观散斑时间相关公式,分析了成像系统主要参数对动态主观散斑时间相关性的影响：一般情况下屏表面参数对散斑的时间相关性影响较小;激光光斑大于成像系统物面分辨斑时,散斑的时间相关性由透镜孔径大小决定;激光光斑小于成像系统物面分辨斑的尺寸时,减小激光光斑尺寸能减弱散斑时间相关性。对于以上结果进行了相关的理论模拟和部分实验验证,通过模拟发现,激光光斑小于成像系统物面分辨斑时,散斑时间相关长度和光斑尺寸大小成正比。结论对于激光投影系统中利用时间平均进行的散斑抑制具有指导意义。     

像面散斑平均尺寸对散斑干涉条纹图的影响

散斑计量中,为了在动态测量中得到清晰的原始散斑条纹图,使更有效的提取相位信息,提出一种改变像面散斑平均尺寸大小对散斑成像影响的方法,进而改善原始散斑条纹图的清晰度。通过分析光路参数F数和放大倍数与像面散斑尺寸大小的定量关系,通过实验进行了验证。实验结果表明,形变量一定,系统放大倍数为1,成像透镜F值为4.5,或者,当F数为2,系统放大倍数为3.5,像面散斑平均尺寸大小为5.841μm,最接近像面尺寸5.86μm成像效果最好,经正余弦算法滤波后,得到的散斑条纹图最清晰,证实了像面上散斑尺寸大小对散斑条纹图的影响。     

旋转孔径散斑照相法及其在静、动态问题中的应用

提出一种新的测量物体形变的实验方法——旋转孔径散斑照相法。在成象透镜近前方设置一基本孔径,在散斑记录过程中令其连续转动。该法适用于静态和动态问题,静态问题以一维调频孔为基本孔径。对动态问题,介绍了双圆孔、四扇孔和双长扇孔三种基本孔径,能适应多种实验要求。本方法能应用于振动问题,如强迫振动、模态分析等;也能应用于非周期性动态问题,如蠕变、测速度场等。该方法设备简单,散斑条纹清晰可靠,定量分析与其它方法相比吻合很好。     

角度多样性激光散斑抑制方法的比较

根据成像原理推导了运动透镜、运动45直角棱镜,以及旋转反射镜所引起的角度变化公式,并对影响角度变化的参数（透镜的焦距、物距及光源的发散角等）和引入角度多样性的这三种方法进行了分析比较。实验结果与理论分析表明,在相同条件下,将45直角棱镜运动20 m和反射镜旋转0.02就能实现两个完全独立散斑图样,而运动透镜需要更大的位移,这为设计运动方案引入角度多样性激光散斑抑制提供参考。     

毫米波焦面阵成像视场扩大分析

本文研究平面波倾斜入射在小F数毫米波焦面阵成像系统上衍射斑像差减小即视场扩大问题.采用射线追迹方法计算不同透镜剖面成像系统焦面上的点列图,对商用介质材料透镜通过优化剖面形状来减小像差从而获得视场扩大的效果.采用结合射线追迹和衍射积分的矢量孔径场法计算了透镜焦面上的衍射场分布,与实验结果做了比较,两者吻合.     

毫米波焦面阵成像视场扩大分析

本文研究平面波倾斜入射在小F数毫米波焦面阵成像系统上衍射斑像差减小即视场扩大问题．采用射线追迹方法计算不同透镜剖面成像系统焦面上的点列图，对商用介质材料透镜通过优化剖面形状来减小像差从而获得视场扩大的效果．采用结合射线追迹和衍射积分的矢量孔径场法计算了透镜焦面上的衍射场分布，与实验结果做了比较，两者吻合．     

基于旋转散斑结构光投影的三维人脸采集

设计由两个红外相机和一个紧凑散斑结构光投射器构成的三维人脸采集系统,可根据采集精度和运算效率的折衷配置采集散斑图像。散斑模板固定在垂直于投射器光轴的齿轮上,使用齿轮机构驱动散斑模板作旋转运动,使用波长为735nm的LED照亮散斑,在测量空间中形成时间和空间上互不相关的散斑编码结构光图案,采用时空相关立体匹配算法实现人脸三维重建。通过理论分析和实验验证散斑模板的旋转角度对测量精度的影响,进而确定最佳的旋转角度。采用德国ATOS高精度工业3D扫描仪获取人脸面具三维数据并将其作为真值,同时测试真实人脸的三维采集效果。实验结果表明,当投射散斑数量为5时,三维重建的平均误差为0.063mm,误差标准差为0.111mm。     

基于可变孔径针孔阵列的集成成像3D显示

为了解决观看视角与光学效率的相互制约关系,设计了一种基于可变孔径针孔阵列的集成成像3D显示器,建立了3D成像模型,通过几何光学推导观看视角以及光学效率的计算公式;详细阐述了如何通过改变透光孔的孔径宽度来调节观看视角以及光学效率;研制了基于可变孔径针孔阵列的集成成像3D显示样机,通过液晶显示屏实现电控可变孔径针孔阵列,通过实验验证了可以通过增大或者减小透光孔的孔径宽度来增大3D图像的亮度或者观看视角。     

由统计特性分析激光主动成像系统图像的噪声性质

激光主动成像系统具有分辨率高、抗干扰能力强、能成三维像等一系列优点，因而应用越来越广泛，但它的图像同时受到散斑噪声和其他一些高斯噪声的影响。散斑噪声为一种乘性噪声，高斯噪声则为一种加性噪声，这两种噪声哪种占据主要地位对于图像噪声抑制噪声模型的建立具有重要的意义，分析了受到散斑噪声和高斯噪声污染图像的概率曲线及灰度均值方差比等统计特性，找出在两种噪声分别作用下的不同统计特性，以此为判别标准，对激光主动成像系统图像进行分析，得出了此图像所受噪声的主要成分为散斑噪声的结论。同时，算出了此图像的散斑噪声方差。     

十字孔径散斑照相法

用理论和实验的方法研究了十字孔径的散斑特性。把十字孔径用于二次曝光的散斑照相法,以测量物体在平面内的位移(或变形)时,将能显著地提高干涉条纹的对比,降低相干噪声,而且还具有灵敏度高的特点。实验的结果与理论分析得到了很好的一致。     

数字全息再现像散斑噪声消除的研究

随着数字全息术的应用日渐广泛,如何得到高质量的再现像质已成了数字全息研究和应用中非常重要的问题。由于散斑噪声的统计特性较差,因而散斑噪声被认为是相干成像中最难解决的问题之一。在研究数字全息术再现像散斑形成原因的基础上,利用激光散斑的统计特性,提出了降低再现像散斑的方法。先提取全息图再现像频谱中能量相对较小的频谱作为近似散斑频谱,并在该频谱段内进行数据随机替换,获取带有不同独立散斑的再现像,在进行独立再现像散斑迭代叠加的同时逐步减少散斑能量,从而大幅减小散斑噪声,提高了再现像的像质。理论与实验均证明了其有效性,为数字全息图散斑噪声的消除提供了一种崭新的思路与方法。     

基于光纤振动的激光散斑抑制方法的研究

为了解决激光显微成像系统中散斑的抑制问题,采用散斑暗区比方法研究了光纤振动对显微散斑图像的影响。实验中采用波长为532nm的激光作为显微系统光源,利用光纤振动对激光显微图像散斑进行抑制;同时采用CCD图像传感采集系统对样品表面进行的显微成像,并对光纤在不同振动电压下的显微图像暗区比进行了分析。结果表明,随着振动电压的增大,图像的散斑暗区比会逐渐减小,当电压为2.6V时,图像散斑暗区比达到5.64%,散斑对比度为4.17%,接近人眼分辨率4%,可达到良好的散斑抑制效果。     

旋转孔径频闪散斑干涉法用于缺陷检测

介绍了一种利用旋转孔径频闪散斑干涉法检测缺陷的新方法。该方法是一种非接触式的检测方法,不受缺陷形状和位置的影响,能够准确地检测出缺陷的大小和形状。分析了旋转孔径频闪散斑干涉法的基本原理,给出了散斑图全场滤波分析的平均光强解析式和实验结果。结果表明,该方法在一张散斑图上能记录物体动态变形的全过程,并能连续地再现出来,散斑图的信息量丰富;在实时滤波分析观察时,将滤波孔连续进行旋转,可观察到物体动态变形的全过程,散斑图的条纹在变化而缺陷的位置不变。     

基于光线追迹的LED裸眼三维显示技术准直性研究

在LED集成成像裸眼三维显示中,LED大屏幕的单个像素点的发散角很大,使用平凸及双凸透镜,图像的重构光线发散且相邻透镜单元间的像素串扰大,导致立体场景再现的过程中图像不清晰,影响重构三维图像的质量。根据光线追迹原理,分析了LED集成成像的成像过程,研究不同形状透镜阵列与LED集成成像相邻透镜单元间像素点间串扰的关系,仅使用单个凹凸透镜有效地控制了重构光线的发散问题,使通过透镜的重构光线更加汇聚准直,光线平行出射,有效地减小了相邻透镜间的像素串扰,提高了成像质量。通过比较字母模型成像的仿真结果,凹凸透镜非常适用于LED集成成像,成像的效果优于其他形状透镜。     

高斯光束照明单透镜系统的动态散斑

对随机位相屏产生的动态散斑可以根据照明方式及光路设计方法进行分类研究。根据T.Yoshimura的文章所提出的理论公式,我们对高斯光束照明的单透镜成像系统的动态散斑进行了实验测量。实验证明理论公式正确,实验结果与理论予期值符合也说明我们所使用的实验方法可行。在实验过程中,我们提出一种新的拟合方法,从而解决了实验常数的确定问题。     

波前编码技术在同轴三反系统的应用及其分析

在轨运行的空间相机受到温差或运动振动等影响导致像面离焦, 成像质量下降。波前编码技术可以在保持光学系统整体参数不变的情况下扩展系统的焦深, 使调制传递函数对离焦不敏感。将波前编码技术应用于空间同轴三反系统, 提出在系统的出瞳面上加置掩模板, 并对掩模板的面型进行优化, 对原系统和应用波前编码技术的新系统的成像特性进行了分析和对比。讨论了波前编码掩模板的相位因子对系统的焦深延拓以及对像质的影响。理论及仿真结果表明: 将波前编码技术应用于同轴三反系统, 使系统对离焦不敏感, 可以很好地扩大系统的焦深, 对解决空间光学系统像面离焦问题具有很高的实用价值。     

多尺度压缩感知鬼成像系统

现有的鬼成像系统中都使用固定尺度的散斑进行成像,而目前的仪器可以实现多尺度散斑鬼成像。本文对采用多尺度散斑的压缩感知鬼成像系统进行研究。采用计算机仿真模拟的方法,利用具有四个分辨率尺度的图像作为原始图像,对多种不同尺度散斑且不同比重情况下的恢复图像进行了研究分析。结果表明采用多尺度散斑的压缩感知鬼成像系统可以得到更加靠近真实值的图像,且在小散斑尺寸占据大比重的情况下,获取图像的分辨率不会受到干扰。     

基于CSAR成像的相干斑统计模型研究

圆迹SAR是近些年发展的一种全方位高分辨率新型雷达成像模式。通过一次圆形航迹获得的360多角度图像能够解决传统SAR无法获取全方位数据的问题,在目标识别、区域检测和3D重建等应用上提供了更为有效的技术途径。该文通过传统SAR图像的统计模型,在假设每个子孔径影像均匀区域独立且服从伽马分布条件下分别建立圆迹SAR中相干累加、非相干累加和取子孔径最大强度值法这3种图像合成方法的统计模型,分析3种方法对图像相干斑的影响,分析结果表明非相干累加具有最好的降斑效果,取最大强度值也能在一定程度上降低相干斑。      

余弦编码复用高空间分辨率关联成像研究

发展了一种余弦编码复用高空间分辨率关联成像技术。首先通过构造多个低空间分辨率的余弦编码散斑复用为高空间分辨率调制散斑对目标进行调制照明,单像素探测器收集调制光与目标相互作用后产生的散射光强,由迭代算法复原出目标的混叠图像。进而鉴于余弦编码所特有的确定性频谱结构,利用数字图像处理方法高效解码重构出多个低空间分辨率物体图像,最终拼接为高空间分辨率目标图像。理论分析了余弦编码复用高空间分辨率关联成像技术实现方法,并仿真验证了该方法的有效性。本方法大幅降低了传统高空间分辨率关联成像所需的调制散斑,减少了在线采样时间与离线图像重构时间,提高了高空间分辨率关联成像的成像效率。