自然光条件下基于Green函数的相位检索方法

基于强度测量的确定性相位检索技术将光学与计算结合起来，通过求解强度传输方程恢复相位信息，理论和实验证明是相位检索的可行途径.论文将Green函数应用于强度传输方程的求解中，给出Neumann和Dirichlet边界条件下新的推导方法.该方法中，Green函数的偏导数是四维矩阵，随着图像分辨率的提高，直接求解所占的内存空间比较大，提出了数值化处理方法，并推广到自然光条件下的相位检索中.同时，搭建了图像数据采集光学平台.模拟和真实实验验证了算法的正确性和实用性.     

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。     

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。     

光强传输方程与图像插值融合的相位恢复

光强传输方程作为典型的相位恢复技术,在已知待测面光强分布与光强轴向微分时,可以通过求解该方程直接得到待测面的相位分布。强度微分可以通过采集沿传播方向的不同散焦面的光强信息以计算强度差分来估计,由此,散焦面的适当选择变得尤为重要。将光强传输方程与图像插值法相结合,在几何光学模型下描述采集的散焦面光强分布与聚焦面光强分布之间的关系,再利用图像插值法计算出模糊参数不同的散焦面的光强分布,由新得到的散焦图和采集的聚焦图代入光强传输方程以计算出相位。该方法只需要采集三幅强度图像,即可计算获得其他位置的强度图像,避免了采集设备的多次移动,也为某些特殊情况下无法获取适合位置的强度图像提供了一种解决途径。实验中搭建了一个实际的光强图像获取系统,所得结果验证了所提算法的有效性。     

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。     

基于强度信息的随机照射微波成像

无需散射场的相位信息,基于强度信息的反演方法为微波成像提供了一种新思路,尤其对于相位信息难以测量的场景。本文提出了一种基于强度信息的随机照射微波成像方法,其中随机辐射场由基于相位可调的阵列天线产生。对于给定的成像系统配置,通过研究传输函数的互相干性确定最优成像距离和测量次数。利用全波仿真模型获得散射场的强度信息,并基于相位恢复算法反演重建图像,验证了所提方法的有效性。由于摒弃了相位测量,基于强度信息的随机照射微波成像系统具有结构简单、校准方便的优点,在实际工程中具有良好的应用潜力。     

基于光强传输方程的非干涉相位恢复与定量相位显微成像:文献综述与最新进展

相位恢复与定量相位成像是光学测量与成像技术领域的一个重要课题。传统干涉测量法依赖高度相干光源的干涉叠加,干涉装置复杂,测量环境要求苛刻,引入的散斑噪声极大地限制了传统干涉测量法在显微成像领域的应用。光强传输方程(TIE)作为最具代表性的相位恢复方法之一,为定量相位成像提供了一种新的非干涉手段。近些年来,该方法在国内外得到广泛研究与关注,发展迅速,成果显著,在自适应光学、X射线衍射光学、电子显微学、光学显微成像等领域展现了巨大的应用潜力。从光强传输方程的基本原理、方程求解、光强轴向微分的差分估计、部分相干成像与光场成像等几方面综述了光强传输方程在光学成像领域,特别是定量相位显微成像领域的研究现状与最新进展,并针对现存问题以及今后的研究方向提出了建议。     

基于强度传输方程的激光损伤应力检测技术研究

提出了基于强度传输方程(TIE)的光学元件激光损伤应力检测方法,通过采集损伤点区域聚焦位置附近的三幅强度图像,直接计算出损伤点产生的应力双折射相位分布,并在此基础上实现了激光损伤应力的定量检测。相较于其他相位测量技术,TIE方法在恢复的相位结果中不会出现幅度为π的相位跃变,而且可以采用非相干光照明,具有光路结构简单、操作方便和测量速度快等优势,适用于光学元件损伤的快速检测。对石英玻璃在二氧化碳激光器作用下所产生的系列损伤点进行了实际验证测量,测量结果完全符合理论预期。     

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。     

新光束的产生与设计

用Ｆｏｘ－Ｌｉ迭代原理计算了含位相片谐振腔的模式，计算表明用惠更斯－菲涅尔衍射原理能很好地解释含位相片谐振腔输出新光束这一物理现象，而且改变位相片的厚度和半径，可能输出其它的新光束。还介绍了谐振腔输出新光束的二元光学设计方法，提出了强度恢复算法，并与Ｆｏｘ－Ｌｉ迭代方法进行了比较。     

基于空间光调制器的多强度测量相位恢复方法

提出了一种基于相位型空间光调制器（SLM）的相位恢复方法。利用相位型SLM快速准确的相位调制特性,对待测物体的物光波前进行相位调制。每次相位调制后,在物光波的频谱面记录下强度分布。运用GS迭代算法,通过频谱面光强信息反演出相位信息,并且提出了内-外层迭代的思想,进一步提高了相位恢复精度。对一维相位光栅进行了相位恢复试验...     

光学双稳态在光纤传感器的应用

光强调制型光纤传感器，已得到了广泛的应用，它的测量灵敏度，精度和稳定性，主要取决于光源输出功率的稳定性，传统的办法是采用引入参考光路，利用光电补偿方法，来减小光源波动造成的影响，我们提出采用光学双稳装置来稳定光源输出功率，并将它用於折射率调制型光纤传感器测量液体浓度的实验中，本文详细报导了该装置的原理，内容和测量结果，并指出进一步研究方向。     

移相干涉仪的主动抗振技术:光强-相位法振动探测与补偿

光学干涉测量易受环境振动的影响 ,本文提出了一种机电反馈式主动抗振方案 :光强 -相位法振动探测与补偿技术。在这个方案中 ,光电探测器测量干涉场中任意一点的光强因振动产生波动的情况 ,据此得到波前相位的变化量 ,经PZT光学移相器对波前相位采取象限区分反馈法进行实时校正。实验结果表明 ,这种方案可以对频率小于 5 0Hz、幅度小于 1/2光波波长的低频环境振动进行有效补偿 ,得到了稳定的条纹干涉图 ,同时还能进行移相测量