高均匀性小孔径激光照明系统

激光照明应用当中激光的高斯分布和散斑现象极大地影响了照明质量,为了将激光器出射的高斯分布的激光整形成类似平顶分布,同时对散斑进行抑制,实现均匀的激光照明,对随机漫射体抑制散斑的可行性进行了探讨。设计了一套基于"随机微透镜阵列"的激光照明系统,可实现出光孔径2mm,半发散角18°的平顶均匀激光照明。并对比了在此种结构下采用石英玻璃棒和自聚焦透镜作为光导元件时光斑质量的区别,对光斑的分布及散斑进行了测量,验证了此种方法能够将散斑对比度降低到4.84%,极大地提升了激光照明质量。     

位置随机散斑相关测量方法及应用

本文提出了一种新的位置随机散斑相关测量方法.在新的方法中将数字图像分为若干个n×n像素的窗口,在每个窗口中确定一个或两个散斑点,散斑为高斯散斑.与原来的就整场取随机位置的方法相比较,制作出了散斑分布更均匀的局部位置随机的散斑图.本文还分析了基于局部随机位置点阵,利用成像透镜的低通滤波作用生成局部位置随机的散斑图的方法.文中分别模拟了局部位置随机散斑图和整场位置随机散斑图在数字散斑相关测量中的应用,将两种散斑相关测量的方法进行了比较分析.     

基于相关视角多视校正的太赫兹阵列雷达散斑抑制方法

在针对人体安检的站开式太赫兹阵列雷达三维成像中,散斑效应严重影响了对体表隐藏违禁品的检测和识别性能,为此,对全息散斑进行有效抑制有着迫切的需要。利用目标旋转带来的角度自由度,结合目标散射对角度的敏感性,提出了一种基于相关视角多视校正的太赫兹全息雷达散斑抑制方法。在理论上推导了全息雷达散斑强度在相关角度照射下的归一化协方差表达式,给出了相关视角多视处理后的散斑对比度。在实验上利用340 GHz站开式MIMO阵列成像系统的快速成像的优势,对低速旋转目标在相关视角下的单视成像结果进行成像空间旋转校正、目标配准和多视处理。处理后散斑对比度降低至单视散斑的44％,散斑得到了有效抑制,目标轮廓明显,细节更加丰富。该方法能够在不增加系统复杂度的条件下有效抑制散斑噪声,实现图像增强。     

非像面散斑测量物体多维运动

本文研究透镜后空间散斑场与透镜前漫散射体平动及转动的关系,寻求测量平转多维运动的新方法。     

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。     

激光显示中散斑减弱的研究

简述了散斑的形成机理,具体分析了在近场条件下通过降低激光的时间或空间相干性来抑制散斑的方法,以及仅通过降低激光的相干性来减弱激光显示中散斑的缺陷。提出一种全新在远场条件下减弱散斑的超声光栅法,且详细说明了超声波减弱散斑的工作原理。当合成的激光束通过因超声波在液体媒介中的传播而形成的"位相光栅"时,激光发生衍射,通过一系列透镜将所有衍射光完全会聚到投影屏幕上,投影移动的干涉条纹在屏幕上产生"沸腾"的散斑图样,考虑到人眼的视觉暂留特性。散斑在人眼中得到均匀化。以绿光为例,说明了激光束通过"位相光栅"时,经过CCD相机和图像处理系统,显示屏幕上散斑对比度和光强的变化,显示了超声光栅法有效地抑制了激光显示中的散斑现象。     

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。     

动态激光散斑用于透镜轴向象差的测量

在高斯光束照明下，根据在平面内匀速运动的散射体经光学系统在观察面内产生的动态散斑的复振幅和强度起伏的空－时互相关函数，给出了散斑纯沸腾状态的位置，这位置恰好是点光源经过透镜的成象位置，由此提出了一种测量透镜球差、象散和场曲的新方法，并与其它方法作了比较。     

散斑运动研究及测量应用

进一步研究了透镜后空间散斑场与透镜前刚性漫反射体线运动或角运动的关系，寻求出测量刚体多维运动的新方法。     

利用动态散斑的时空统计特性同时测量漫射板移动的速度和方向

本文通过对动态散斑光强自相关函数的分析，利用一阶横模的激光束照射在运动的漫射板上，记录散斑光强起伏的频率（单位时间内跨过光强度均值的平均次数）可以同时测量漫射板移动的速度和方向。     

用于提高集成成像景深的微透镜阵列研究

集成成像3D显示是一种运用微透镜阵列从不同方 位对三维物体记录和重构的真三维显 示技术,针对集成成像3D显示技术景深不够、微透镜之间间隙透过的杂散光引起干扰导致的 重构图像质下降等问题,本文设计新型微透镜阵列结构(双层针孔/微透镜组合阵列结构)以 减少杂散光并增加集成成像3D显示的中心深度平面的个数以提高集成成像的景深。根据集成 成像原理,确定双层针孔/微透镜组合阵列的参数,利用Tracepro光学仿真软件对集成成像3D显示过程进 行仿真,结果表明,双层针孔/微透镜组合阵列能有效地较少杂散光;当两层微 透镜阵列间距为5mm时,本文系统获得的景深比传统系统大20 mm左 右,即 双层针孔/微透镜组合阵列结构能够实现在减少杂散光影响的同时又增加集成成像的景深。     

激光显示中斑纹横向尺寸的估计

介绍了减弱散斑的很多方法,并分析了这些方法用来抑制激光显示中散斑的缺陷。通过研究分析激光电视的工作原理,得出了激光电视屏幕上散斑的形成原因。并建立了出瞳面和像面的二维坐标系统,利用统计光学方法得到了像面散斑光强横向自相关函数和规范化自相关函数的表达式,进一步推出像面散斑横向尺寸的平均大小。以红光为例,计算出斑纹横向尺寸的大小。最后分析和讨论了抑制激光显示中斑纹的方法,为以后激光电视中斑纹的消除奠定了理论基础。     

用转动镜头纸提高成像质量

本文和转动镜头纸作为散射屏使成像质量提高的方法，该方法能有效地减弱激光散斑，又能保持有较高的相干度。文中对方法进行了理论分析，并给出了在成像系统中使用与不使用转动镜头纸情况下，电路板掩膜图像与马赫－增德干涉条纹图像。结果表明，使用了运动镜头纸所得图像质量比不使用运动镜头纸所得图像质量高。     

激光显示中散斑的抑制

文章首先概述了散斑的形成机理,接着简述了在近场条件下通过降低激光的时间或空 间相干性来抑制散斑的许多方法,并具体分析了仅通过降低激光的相干性来减弱激光显示中散斑的缺陷。提出一种在远场条件下减弱散斑的两维扫描复面转镜,且详细说明了该转镜的工作原理,当合成的激光束通过旋转的复面镜时,移动的干涉条纹在屏幕上产生“沸腾”的散斑图样。最后以红光为例,说明了合成光束通过转镜时显示屏幕上散斑对比度的降低,显示了二维转镜有效地抑制了激光显示中的散斑现象。     

基于激光在线测量滚筒内颗粒流崩塌角新方法

使用图像法测量崩塌角存在测量标准差大的问题(0.5左右)。为了解决这个问题,采用一种新的基于动态散斑对比度的崩塌角在线测量方法和系统进行了理论分析和实验验证。当激光照射到滚筒内运动的颗粒上,在远场形成动态散斑,利用线阵CCD相机得到散斑随时间变化图像,通过分析散斑图像的对比度计算出颗粒流的速度波动,再找出两次崩塌的间隔时间,最后利用转速乘以间隔时间就可以得到崩塌角。实验中采用粒径为1mm~1.25mm的玻璃珠,分别采用动态散斑法和图像法测量了不同转速下的休止角的数据。结果表明,动态散斑对比度崩塌角在线法时空分辨率高,测得数据的标准差较小、重复性好、数据拟合的确定系数高。这一结果对滚筒内颗粒流的在线测量和科学研究是有帮助的。     

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。     

Contourlet域超声图像自适应降斑算法研究

结合Contourlet系数的结构特点和超声图像相干斑乘性噪声模型,提出了一种新的基于Contourlet变换的斑纹噪声抑制算法.该算法通过计算方差一致性测度(VHM),用局部自适应窗口估计阈值萎缩因子,实现超声图像的降斑处理.实验结果表明,该算法在有效抑制斑纹噪声的同时,更有利于保持图像的边界信息,尤其适用于强噪声背景的超声图像.     

Reducing speckle artifacts in digital holography through programmable filtration

We propose a speckle reduction technique in electronic holographic display systems, where digital micro‐mirror array devices are used as spatial light modulators. By adopting a programmable filtration in a general 4‐f optic configuration, it is shown that the signal spectrum components in the frequency domain of a viewing‐window‐based holographic display system can be selectively filtered. Compared to the widely utilized single‐sideband filtration techniques in electronic holographic display systems, our proposed programmable filtration can be utilized to effectively reduce the speckles in the reconstruction of point‐cloud‐based computer‐generated holograms. Experimental results are presented to verify our proposed concept.     

激光投影显示中新型散射体的散斑抑制

激光的强相干性造成了激光投影显示中出现大量干涉条纹和散斑,为了消除干涉条纹和散斑对图像质量的影响,采用旋转新型散射体(Engineered DiffuserTM)的方法在一定积分时间内获得叠加的清晰图像。首先,介绍了激光投影显示中散斑的成因及采用时间平均抑制散斑的理论依据。接着,分析了传统散射体毛玻璃和Engineered DiffuserTM在结构及功能上的区别。最后,建立了旋转新型散射体抑制散斑的激光投影显示实验装置,对比验证了旋转新型散射体抑制散斑的效果。实验结果表明:散斑对比度降低到3.08%,图像质量良好,无明显干涉条纹。该方法满足商用激光投影显示体积小、简单易行等要求。