液晶空间光调制器的纯相位调制特性研究

介绍了液晶空间光调制器的纯相位调制原理,采用泰曼-格林干涉系统对液晶纯相位特性进测试。测量了BNS(Boulder Nonlinear Systems)公司的专利产品-256256像素纯相位空间光调制器的相位与电压(灰度)的响应曲线。 给出了对任意图形进行相位恢复的优化算法流程,利用纯相位调制方法对光束进行方向和强度的快速程序控制。设计了实验装置,实际产生了二维任意衍射图形,图形产生时间小于200 ms。本研究对空间目标进行扫描跟踪,具有精确、响应快、无机械惰性等特点,在激光寻的、制导以及多目标威胁预警和反击中有着重要的研究价值。     

光栅平动式光调制器光学特性分析

提出了一种基于微光机电系统的可用于投影显示及相关器件的新型光栅光调制器,介绍了其结构、工作原理和加工流程.对器件进行光学分析,优化和仿真,得出器件结构参数与光学特性之间关系.器件的可动光栅占空比e=0.5,光栅常数d=6 μm,长度L=39 μm,宽度w=36 μm,边距w0=1.5 μm时,理论上±1级衍射效率η=37.0%,对比度V=625;可动光栅与下电极在开态和关态时间距分别为0.65 μm和0.78 μm,器件单像素尺寸为51 μm×51 μm.     

用于数码三维衍射图像的激光照排系统

研制了一种新型的用于数码三维衍射图像与光学可变图像的激光照排系统,采用空间光调制器(SL M)和全息干涉成像光学头进行子图输入和干涉条纹产生,系统在6 35 dpi图像分辨率下的运行效率达2 0 0 0 dot/s以上,该系统将为高效率制作2 D,2 D/3D和3D光变图像提供一种良好的工具。     

空间光调制器模拟光栅产生高阶和分数阶涡旋光束

用空间光调制器模拟叉形光栅的方式产生高阶和分数阶涡旋光束,分离各阶涡旋光束并探究单级特性,探测其拓扑荷数以验证实验方法的正确性。设计了涡旋光束生成光路,编写了产生叉形光栅全息图的计算机程序,利用透射式空间光调制器模拟叉形光栅,以全息图的方式加载到空间光调制器上。调节参数改变全息光栅图样,得到拓扑荷数从1.0到100.0的整数阶与间隔为0.1的分数阶涡旋光束。利用孔径光阑分离出一级衍射,分析其特性并利用干涉法测量其拓扑荷数。实验发现,整数与分数阶光场分布与拓扑荷数为单调关系,拓扑荷数接近100时光束质量显著下降的特性,利用干涉法测得的拓扑荷数与计算全息图设置的参数完全相同。干涉测量结果验证了计算全息方法的正确性。该方法装置简易、参数可调,可为高阶和分数阶涡旋光的产生和应用提供一定的参考。     

光栅平动式光调制器的光学特性分析和仿真

光栅平动式光调制器是一种基于MEMS工艺的光调制器,依据菲涅尔衍射理论和傅里叶光学理论对光栅平动式光调制器工作状态的光学特性进行了详细的理论分析和计算机仿真.结果表明光栅平动式光调制器在工作中处于开态时,可动光栅下降的距离应该是入射波长的1/4;设计时,关态选择h=λ0/2;占空比对光栅平动式光调制器的光学特性有着重要影响,最佳占空比为1/2;高度误差对调制器的开关系数影响很大,要精确控制.     

铁电液晶基空间光调制器的灰度响应特性

提出了一类以铁电液晶作光调制层的空间光调制器等效电路模型,对调制器的灰度响应特性进行了动态仿真研究,给出了驱动电压频率100 Hz~1 kHz和写入光强0~10 mW/cm²时调制器的强度转移特性曲线。结果表明,光寻址空间光调制器(OASLM)电光响应的上升时间随写入光强的增加而减少,写入光强由0.5 mW/cm²增加到10 mW/cm²,上升时间从1.44 ms减少为74 μs。写入光强存在使输出光强随之(准)线性增加的范围,调制器工作在该范围内即可显示不同灰度;强度转移特性对电压频率十分敏感,调节频率可对调制器的工作范围及灰度区内强度转移特性曲线的斜率等进行控制,频率由100 Hz增加到1 kHz,工作范围由(0.08 mW/cm²,1 mW/cm²)改变为(2 mW/cm²,10 mW/cm²),同时线性段内强度转移特性曲线的斜率减小。另外,虽然擦除光对强度转移特性的影响很弱,但必须注入擦除光以抑制无写入光注入时的光响应和保证在新信息写入前擦除先前的信息。由该模型得到的仿真实验结果在趋势与量级上均与有关文献的实测结果相一致。     

光电混合联合变换相关器中各元器件结构参数之间的关系

分析了空间光调制器(SLM)和面阵CCD的像元结构对输入图像和功率谱的抽样,以及抽样对光电混合联合变换相关器(JTC)性能的影响;推导出了光电混合JTC中,SLM、面阵CCD、傅里叶变换透镜、输入图像等各结构参数之间应满足的关系。根据推导出的关系公式,结合实验所用透镜、SLM、CCD的各项参数,选择不同的图像间距,对联合变换相关识别过程进行了模拟验证。输入大小都为32×32像素的参考图像和目标图像,当两者间距大于64像素且小于374像素时,可以得到理想的识别效果;间距小于64像素时,同级输出光场的自相关和互相关信号不能完全分离;间距大于374象素时,相邻两级互相关信号交叠错位;当间距大到超过405像素时,无法进行相关识别。模拟结果与理论推导一致。这些关系对JTC的设计及应用有重要意义。     

扩展等相关峰综合鉴别函数算法研究

通过ECPSDF算法的分析,利用构造样本对其约束条件进行改造,得出了EECPSDF算法。模拟和试验结果表明EECPSDF算法能较好的改进ECPSDF算法的缺点,使所设计的匹配滤波器具有较大的畸变容限和较高的相关峰值。     

投影特征峰匹配的快速电子稳像

提出了一种基于投影最大特征峰匹配的稳像算法来进一步提高灰度投影稳像算法的实时性。首先,将参考帧与当前帧图像等分为若干区域子块,根据灰度投影计算公式分别计算每个子块的水平投影和垂直投影;依次计算两帧图像相应子块中对应的垂直和水平投影最大特征峰的位置差值,作为相应子块的水平和垂直运动矢量。然后,根据帧间运动矢量变化程度进行运动矢量修正。最后,根据各子块的运动矢量统计结果进行全局运动估计。将该最大特征峰匹配算法运用到多光谱成像系统进行实验,并与较经典的灰度投影算法做了比较。结果表明:在保证相同的稳像效果前提下,对于分辨率为1 024pixel×1 024pixel的图像序列在(-60,60)搜索范围内进行运动估计时,前者比后者的运算时间节省了近20%。提出的算法突破了现有投影稳像算法需要对可能的区域逐一搜索的繁琐匹配过程,具有较好的实时性和良好的稳像效果。     

基于灰关联分析的焊缝超声检测缺陷类型识别

本文提出了一种以灰关联度为测度识别焊缝缺陷类型的方法,并以夹渣、气孔、未焊透、未熔合4种焊缝常见缺陷为对象,对20个实际焊缝样本进行识别计算,并与射线检测结果对比.结果表明,该方法正确识别率达93.7%,具有较好的识别效果.     

光学互相关测速系统设计与验证

针对两相流颗粒运动速度测量及基于互相关原理设计了双光路激光测速系统。采用搭建的变频电机带动绕丝产生已知旋转线速度的装置开展光学互相关测速验证实验。通过测量绕丝经双光路激光的光强衰减信号,再对两路信号进行互相关分析,从而得到测点绕丝旋转线速度。以电机转速计算的测点绕丝线速度作为参考值进行测量精度验证,得到光学互相关测速方法的测量相对误差在6%以内,验证了光学互相关测速方法的准确性。     

基于数字图像相关的光学引伸计应变测量精度研究

基于数字图像相关(DIC)方法的光学引伸计在应变测量领域有着广泛的应用。为了提高数字图像相关方法的测量精度,本文采用二维DIC与三维DIC的光学引伸计、基于双45°反射镜成像的二维光学引伸计以及电测法,对单轴拉伸试验中不锈钢试件的应变进行同时测量,比较分析了各个光学引伸计在测量轴向与横向应变方面的优劣以及误差产生的原因。实验结果表明:试件离面运动的存在大幅降低了普通二维光学引伸计的应变精度;基于双45°反射镜成像的二维光学引伸计可以有效消除离面刚体位移对测量结果的影响,其应变测量精度(尤其是横向应变精度)高于其他光学引伸计,且测量结果与电测法的测量结果高度吻合;三维DIC光学引伸计的横向应变精度明显不如轴向应变精度。     

基于图像处理的光纤预警系统模式识别

针对相位敏感光时域反射计(Φ-OTDR)光纤预警系统对一维信号进行模式识别产生的误报和较低的识别效率,提出基于形态学方法提取时空二维信号特征,并利用相关向量机(RVM)分类器对事件进行分类识别的方法。首先,将Φ-OTDR采集到的时空二维信号当作图像,根据信号在图像上的特征采用图像处理的方法对不同入侵事件信号进行阈值分割。然后,基于本文提出的特征提取方法,利用不同事件区域在幅值、面积、形状以及区域间隔上的差别提取不同信号特征。最后,利用相关向量机分类器对不同事件信号进行识别并采用"一对一"的多分类策略。对3种管道安全事件进行了实验。实验结果表明,本文提出方法的识别精度能够达到97.8%,而算法时间不到1s。与传统模式识别方法相比,提出的算法大幅度地改善了系统性能,且简便易行,能够满足Φ-OTDR光纤预警系统在线实时监测的要求。     

A multi-point optical fibre sensor for condition monitoring in process water systems based on pattern recognition

Preliminary results are presented for a multi-point optical fibre sensor designed to detect the presence of chemical species in water at spatial intervals of greater than 20 m. The sensor is addressed using optical time domain reflectometry (OTDR) with a spatial resolution of 10 m. The optical signals arising from the OTDR are highly complex due to interfering effects from external parameters such as localised fibre straining and temperature changes. Because of this level of complexity it has been found advantageous to use artificial neural networks (ANNs) as classifiers on the OTDR signals. The preliminary system has been trained initially to recognise only the presence of water, although it is planned to extend this capability to recognise the presence of contaminants in the water such as bacteria and chemical pollutants. Initial investigations show that different contaminants and interfering parameters (cross-sensitivities) may give rise to characteristic signatures on the OTDR signal which may be identified by the pattern recognition software.     

基于插值法对可编程成像系统中莫尔条纹的处理研究

在可编程成像系统中,由于编程器件与感光器件空间频率不同,会产生莫尔条纹。为了降低莫尔条纹对图像质量产生影响,使用插值法对系统产生的莫尔条纹进行处理。首先得到系统莫尔条纹的补偿图像,然后对图像进行直接插值处理。由于被拍摄物体成像后存在光强差异,因此产生莫尔条纹的光密度也会随着光强而变化。使用这种插值与补偿图像相结合的方法对系统采集到的图像处理,得到的结果图像清晰,无明显莫尔条纹,达到了系统要求。