融合多个面上光强信息的混合迭代相位恢复算法

在自适应光学、光学加工检测及激光光束质量检测等诸多领域,经常涉及到相位恢复问题.研究相位恢复的数值算法,具有较强的现实意义.文中给出了一种融合多个离焦面上的强度信息,以恢复输入面上相位分布的混合迭代算法.首先采用共轭梯度迭代方法求解,将所得结果设定为新的迭代初始值,并利用角谱法对此进行优化,以进一步提高相位恢复的精度.模拟实验表明,该算法具有良好的收敛性能和较高的相位恢复精度,且适用于输入面上振幅分布无法直接测得的场合.     

一种可对复杂光场进行相位恢复的算法

给出了一种改进的相位恢复迭代算法。根据多个面的强度信息进行相位恢复,并提出将相位恢复过程划分为轮廓恢复和细节恢复两个阶段。首先利用三个较远的衍射面及输入面的强度信息,恢复出输入面相位分布的轮廓,然后再利用两个较近的衍射面及输入面,进一步恢复出相位分布的细节。该方法在一维情况下能够准确地恢复出各种输入光场,尤其是复杂光场的相位分布,大幅度提高了相位恢复的精度。模拟实验还表明,本算法具有较好的鲁棒性:多次随机选取迭代初始值时,收敛结果唯一;并具有良好的抗噪性能。     

基于并行结构的相位恢复算法在全息激光投影中的应用

全息激光投影技术相比传统图像显示技术有突出的优势。作为全息激光投影技术的关键图像处理算法——相位恢复算法,算法的收敛速率和精度都有待提高,在实际计算中它们的效果不够理想,甚至不能保证迭代过程总收敛到正确解。基于此,本文提出了基于并行结构的相位恢复算法(PGSGA)。该方法思路是对多个初值进行并行运算,不断"筛"出最优结果来对GS算法进行加速。仿真实验证明,该算法在收敛速率和恢复的灰阶图像质量等方面具有优越性。     

基于图像序列的YG算法二维相位恢复

迭代算法相位恢复计算中存在可能陷入局部极小值,导致算法收敛速度慢和不稳定的缺点,为了克服这一缺点,本文利用多个输出平面上光的强度信息,将YG算法推广到空域约束(光强度约束)二维相位恢复问题,提高算法收敛速度.模拟实验结果表明,基于图像序列的YG算法二维相位恢复收敛速度快,相位恢复精度高,同时对噪声具有较好的鲁棒性.     

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。     

基于旋转相位调制的复杂光场相位恢复算法

提出了一种基于旋转相位调制手段恢复复杂光场相位的方法,通过数值模拟验证其有效性和可行性。采用结构简单的相位板横向旋转到一个或更多新的位置来产生多个夫琅禾费衍射图样,通过修正的混合输入输出算法(HIO)对光场进行复原。模拟实验表明,该算法能在二维情况下快速准确地恢复复杂光场,并且大幅度地提高了复杂光场的恢复精度。多次选取随机初始迭代值,没有出现迭代停滞现象和收敛结果不确定的问题,且具有良好的抗噪性能。     

基于预处理共轭梯度法的低复杂度信号检测算法

大规模多输入多输出系统中,最小均方误差信号检测算法是近似最优的,但由于其涉及矩阵求逆,计算复杂度随着天线数量增加呈指数增长.提出了低复杂度的预处理共轭梯度信号检测算法,该算法通过预处理技术降低矩阵条件数,从而加快共轭梯度信号检测算法的收敛速度.仿真结果显示,该算法在小数量的迭代中能够达到和最小均方误差检测算法相似的误码率,算法复杂度下降了一个数量级.相比直接用共轭梯度法,能够更快收敛到最佳值.     

基于CV-FISTA网络的稀疏孔径ISAR成像方法

逆合成孔径雷达(inverse synthetic aperture radar,ISAR)在雷达目标识别、空间监视和弹道导弹防御等领域发挥着重要作用。针对传统稀疏孔径ISAR成像算法对参数敏感和收敛速度慢的问题,提出一种基于复值快速迭代收缩阈值算法网络的稀疏孔径ISAR成像恢复方法。将加速近端梯度方法引入稀疏重构算法中,并将其迭代步骤构建为深度展开网络的隐藏层,构建初始参数相同的随机散射点和飞机散射点的数据集,将复值一维距离像作为网络的输入,利用ISAR像对应的标签对网络进行训练和验证。该方法直接处理复数数据替代传统的分实虚部两路计算方法,显著减少了计算负担。仿真实验表明,相较于传统模型驱动算法,通过对网络进行训练避免了手动调参过程,收敛速度更快,成像质量更高,而且对于特征差异较大的数据具有更好的泛化能力。     

单透镜系统中与色散融合的混合相位恢复方法

相位恢复是利用能观测到的强度信息恢复原始相位信息。强度传输方程（TIE）作为一种传统的非干涉相位恢复技术,只需通过测量至少两个相近平面的强度信息即可计算出相位信息。这种方法通常需要通过移动被测物体或摄像机来获取强度图像,不可避免地会产生机械误差。提出了一种新的相位恢复方法:与色散融合的混合相位恢复算法（CD-HPR）。通过设置不同波长的光通过单透镜系统得到物体在同一位置成的像,这样不需要机械运动就能获得聚焦和散焦图像强度,然后结合散焦量与波长之间的关系计算出散焦量,再用强度传输方程计算初始相位信息。角谱迭代算法的使用较好地改进了初始相位值。在仿真实验中,该方法恢复的相位与原始相位之间的均方差为0.1076;同时,通过实验恢复了透镜阵列的相位,实验结果与实际参数的误差为3.4%,证明了该方法的正确性和有效性。该方法扩展了传统方法要求光源为单色的局限性,提高了计算精度。     

一种基于数字外围约束的多距离相位恢复方法

相位恢复问题是物理光学领域的一个经典问题。基于迭代算法的传统多距离相位恢复方法利用多幅离焦强度实现波前重建，具有重建精度高、光学系统紧凑、稳定性高的特点。这类算法中的振幅与相位重建算法(Amplitude-Phase Retrieval, APR)能实现高质量复振幅重建，具有良好抗噪性能，但受限于其缓慢的收敛速度和停滞问题，导致成像对比度低。提出在迭代过程中灵活获取样本数字外围，将支撑域约束与APR算法结合，以改进标准APR算法的收敛速度和收敛精度，数值仿真验证了该算法的有效性，具有可移植性和实际应用价值。     

一种快速的压缩感知信号重构算法

重构算法是压缩感知技术的重要环节之一,文中针对现有重构算法收敛速度较慢的问题,提出了一种适用于压缩感知的快速重构算法。该方法的思想是在求解过程中,设计一种有效的步长迭代方案,以此来更新由梯度Lipschitz指数确定的迭代步长,再利用更新后的步长对原始信号的稀疏域表示向量进行迭代收缩,提高收敛速度。实验结果表明,相比传统的正交匹配追踪(OMP)算法、固定步长的l1范数重构算法,该方法在保证信号恢复精度的前提下,具有更快的收敛速度和更高的重构精度。     

基于CORDIC的精确快速幅相解算方法

针对传统CORDIC算法进行高精度幅度相位解算时迭代次数过多、时延较长、相位收敛较慢等局限,提出了一种基于最佳一致逼近方法的幅度与相位补偿算法,即利用传统CORDIC算法迭代一定次数后得到的向量信息,采用最佳一致逼近方法对幅度和相位分区间进行一阶多项式补偿,有效提高了计算精度.仿真及实测结果表明,对传统CORDIC算法4次迭代后的结果进行补偿,幅度相对误差可达到10^-5量级、相位绝对误差可达到10^-5度量级,最大输出时延不大于100ns.在使用部分专用乘法器的条件下,寄存器消耗降低了42.5%,查找表消耗降低了15.5%.采用该补偿算法,每多一次CORDIC迭代其相位精度可提高约一个数量级.因此,本文提出的补偿CORDIC算法在迭代次数、计算精度等方面优于传统CORDIC算法,适合于高精度计算的场合.     

湍流退化图像相位恢复算法研究

为克服气动光学效应对目标图像的影响．把相位恢复算法与气动光学效应机理研究结合起来,用于湍流退化图像的恢复。该算法是通过目标图像的傅里叶变换幅值来恢复目标图像,或等价地,恢复傅里叶变换相位。讨论了两类相位复原算法——迭代傅里叶变换（研）和解相关算法。对现有的解相关算法作了改进。采用共轭梯度法解高斯一牛顿方程,可有效提高算法的收敛速度。研算法不能保证迭代过程总能收敛到正确解,有时会出现停滞现象。将研和解相关算法组合起来,可以克服IFT算法的停滞现象,提高正确收敛率。给出了在信噪比为20dB情况下的湍流退化仿真图像恢复的实例,目标图像能较清晰地恢复出来。实验结果表明该算法具有较好的稳定性和抗噪声能力。     

基于干涉原理和相位恢复算法的图像加密系统

以基于相位恢复算法和光学干涉原理为基本理论依据,提出了一种新的全相位光学图像加密系统。该加密系统利用一块随机相位板作为加密密钥,在其作用下输入图像被数值加密成两块相位板。这两块相位板的衍射图样视觉上无法分辨其内容,但却包含了解密所需要的信息。加密过程中,加密密钥与待加密图像分别作为输入平面和输出平面上的约束条件,在干涉原理的基础上通过迭代运算得到加密结果,即输入面上不同于加密密钥的另一个相位板的相位分布以及傅立叶频域上的相位分布。加密密钥的引入起到了置乱系统输入面相位分布的作用。解密过程中,加密过程中使用的随机相位板和迭代过程中生成的两块相位板缺一不可。计算机仿真实验结果表明,本文提出的加密系统具有算法收敛快、加密结果不存在非线性双随机相位加密和干涉加密方法中发现的信息泄露问题的优点。     

基于多个分数阶次的复杂光场相位恢复算法

给出了一种基于多个分数阶次的复杂光场相位恢复迭代算法。首先利用输入面和两个较高分数阶输出面上的强度信息,恢复出输入面相位分布的轮廓,然后再利用输入面和两个较低分数阶输出面,进一步恢复出相位分布的细节。分别针对具有缓变相位、随机相位分布的光场,进行了二维相位分布的恢复,都得到了良好的恢复结果。最后在一维情形下分析了探测噪声和光路位置调整误差对算法稳定性的影响。     

基于Huber正则化二阶加速Richardson-Lucy湍流图像复原算法

为了快速准确地恢复湍流退化图像,提出了Huber正则化Richardson-Lucy(R-L)加速迭代盲反卷积(IBD)算法。根据图像滤波处理结果,采用Huber函数自适应地选择一阶范数和二阶范数正则化约束,增加算法收敛速度同时提高图像细节和边界复原质量。引入基于泰勒级数的二阶矢量外推加速方法,进一步增加迭代的收敛速度。实验结果表明,采用提议的算法需要的迭代次数较少,适用于实时性要求较高的场合,复原图像的主客观质量均有所提高。     

基于IR的部分相干信道估计算法

对于具有混合预编码的毫米波大规模多输入多输出(MIMO)系统,由于系统中硬件的缺陷会在接收的导频中引入随机相位偏移,这将使得传统信道估计算法的性能变得非常差,甚至不能估计出信道信息.为了解决这个问题,文章利用来自不同射频链的导频,在同一时间段内具有相同的相位偏移,而在不同时间段具有不同的相位偏移的特性,提出了基于迭代重...     

激光反射层析成像相位恢复算法研究

针对激光反射层析成像中目标随机抖动与径向运动造成的投影中心失配问题,提出采用相位恢复算法对重构图像进行相位恢复重建,通过反复光强迭代消除目标随机运动造成的相位误差,达到减少重构误差、恢复目标图像的目的。为改进G-S算法收敛速度与恢复精度,提出频域模值加权方法进行投影数据相位迭代恢复,仿真实验表明,将算法收敛速度与收敛精度提高了1.2倍以上。通过对三组仿真实验处理,重构图像的平均相对均方误差由2.487 5下降到0.792 7,有效地恢复了目标图像轮廓。外场实验表明,该算法能够有效消除重构图像伪迹,改善激光反射层析成像系统成像质量。     

适用于相位调制的改进恒模算法

恒模算法(CAM)实现盲均衡直接利用接收信号本身的先验信息对信道进行均衡,避免采用“训练序列”,提高了有效信息率.但该算法也存在着不足之处.对于MPSK、MQAM等相位调制方式来说,在相位偏转信道中散点图存在相位偏转;与带有“训练序列”的均衡模式相比该算法输出信号均方误差大,收敛速度慢.改进的算法通过在代价函数中加入相位信息,较好解决了散点图相位偏转问题;将输出信号判决值引入误差计算装置,有效降低了输出信号的均方误差,并在一定程度上提高了收敛速度.     

红外目标图像循环迭代复原算法的加速技术研究

为了提高图像处理的实时性,本文针对作者先前提出的循环迭代图像复原算法迭代次数多、收敛速度慢等问题,提出了一种基于线性搜索的加速迭代技术.该加速技术利用泰勒级数展开式根据当前次的迭代结果对下次迭代数据进行预测,合理地跳过原有的一些迭代点,从而加快算法收敛.在达到相同复原效果条件下,减少了迭代次数,提高了算法的实时性.本文对收敛加速技术进行了理论分析和推导,在微机上进行了一系列的对比实验,实验结果表明,本文给出的加速技术效果显著,获取了加速因子的有效取值等一些有用的实验参数,算法具有实用价值.