基于光强传输方程与SLM的快速相位恢复

基于光强传输方程（TIE）的相位恢复技术,可以通过测量一系列垂直于光轴分布的散焦强度图,直接求解得到光场的相位信息。传统的基于TIE的强度图像采集系统在获得散焦图像时需要机械移动。通过在空间光调制器（SLM）上加载透镜相位图,使其实现可编程透镜的功能,任意改变此透镜的焦距值,可以实现不同的散焦距离,从而避免采集图像过程中CCD的移动。根据不同的算法理论,设计了两种光强图像采集系统。由于日常生活中使用相机拍照时,透镜的相位调制作用不可忽略,使用SLM代替含透镜的光传播模型中透镜的作用,设计了第一种实验装置。此外,通过在4f系统的频率域位置放置SLM,设计了第二种实验装置。真实实验的结果验证了这两种方法的有效性和正确性。     

基于强度传输方程的相位恢复技术研究

相位是波场的一种特性,研究表明约3/4的信息在相位之中,但现有的检测设备仅能直接测量波场的强度,获得丢失的相位信息在显微镜学、深度测量等领域中至关重要.利用已知的强度信息算法来获得丢失的相位信息,即相位恢复技术,在众多物理学分支和工程学中有重要的作用.强度传输方程TIE提供一种非干涉测量方法,可以通过强度的测量来获取定...     

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。     

基于光强传输方程离散余弦变换求解的数字全息相位解调方法

提出了一种基于光强传输方程（TIE）的数字全息相位解调方法,并利用离散余弦变换进行了求解。仿真和实验结果表明,与传统的基于快速傅里叶变换的相位解调方法相比,该方法在没有损失精度的基础上加快了解包裹过程。此外,通过选择一个合适的延拓方案来计算强度的偏导数后,该方法的效率可进一步提高。提出的基于TIE的新型相位解调方法具有较高的处理速度和精度,可以实现相位测量的实时应用。     

传输图像的子波域插值恢复算法

在丢包信道中传输子波编码图像时,存在图像重构问题.本文提出了一种新的图像恢复算法—树恢复子波域插值算法,可以用于恢复丢失的子波树系数.该算法利用二维子波变换具有的水平和垂直方向边缘检测能力,采用数学形态学膨胀运算,恢复已丢失的表示边缘信息的高频系数.为了保持图像边缘的尖锐性和方向性,本文采用了高频系数指导下的低频系数恢复技术.文章最后给出的仿真结果验证了该算法的有效性.     

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。     

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)....     

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.     

相位共轭补偿大气传输中SBS的阈值效应对目标上光强分布的影响

提出了在用非线性光学技术补偿激光大气传输过程中，利用受激布里渊散射（ＳＢＳ）的阈值效应可以在非配合目标上主动获得小面积的信标光斑。从理论上证明了在存在大气湍流的情况下，阈值效应对目标上信标光强分布的影响。最后分别就最初目标上的光斑是由两个强反射光点组成的光斑和是一个大面积的强度连续分布的光斑的情况进行了实验研究，实验结果与理论相符合。     

自然光条件下成像的相位检索方法与系统设计

相位检索技术利用直接测量得到的强度分布恢复相位信息,从而重建波函数,是光学和图像处理中的重要研究领域。在研究了现有的基于强度传输方程的相位检索的基础上,建立了符合自然光条件下普通相机拍摄图像原理的光传播模型,设计了相应的数据采集光学平台系统,并推导了新模型下的相位检索方法。模拟和真实实验结果验证了相位检索方法的合理性和正确性。新方法的提出将传统的基于强度传输方程的相位检索算法的应用范围扩展到了全息显示等宏观领域。     

多图像光学隐藏的菲涅尔变换方法

提出了利用菲涅尔变换实现多图像隐藏的相位调制系统.该系统能够通过所设计的纯位相板,从单一载体图像中恢复出多个秘密图像.计算机模拟结果验证了在不同复用容量下迭代算法的有效性.借助于增加衍射级和引入微调量的方法,提高了系统性能.对系统的安全性作了讨论.     

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.     

超短光脉冲的频率分辨光学开关法测量研究

为了对二次谐波型和偏振开关型频率分辨光学开关法测量超短光脉冲的研究,利用矩阵的方法对实验系统中几种常见超短光脉冲的二次谐波-频率分辨光学开关和偏振开关-频率分辨光学开关光谱图进行了数值模拟,并采用基于矩阵的主元素广义投影算法从数值模拟的二次谐波-频率分辨光学开关光谱图中恢复了脉冲的振幅和相位,误差达到收敛的标准(G-4)。结果表明,频率分辨光学开关能够精确地测量超短光脉冲。     

球面波照明的同轴数字全息干涉图像模拟及应用研究

提出三次曲面拟合法表示到达CCD屏的照明物光与参考光位相差分布,并通过对CCD探测图像数据处理获得物光复振幅分布的方法。理论上讨论了球面波照明情况下实现同轴数字全息检测的可能性。     

基于抛物方程的电波相位预测方法

针对大气波导和不规则地形等复杂环境下的电波传播相位预测,研究了基于抛物方程(PE)的相位计算方法,并通过与理想导体平面上自由空间条件下几何光学双射线模型计算的传播相位对比,对该相位计算方法进行了验证.在此基础上,利用PE方法计算的幅度和相位,研究了大气波导对脉冲信号传播的影响.     

基于图像处理的光电传感器光路检测与调整方法研究

提出了一种基于图像处理的反射式强度调制型光电传感器光路调整方法.考虑了光源光阑等器件对光路的影响,利用面阵CMOS器件采集传感器出射光斑的图像,并通过图像处理的方法分别计算光斑的几何中心与能量中心,得到偏心误差值,以此为依据调整传感器光路,达到改善光斑光强分布的目的.文中对测量系统、调整方法、光斑参数计算等做了详细说明,并给出了调整前后的光斑图像.试验结果表明,这种方法的测量原理简单、测量精度高,可以有效地改善传感器的光强分布状况.     

基于衍射光学器件的光学图像级联加密系统

提出基于衍射光学器件的光学图像级联加密系统.一般来说,一个n级系统可由n个透镜串联组成.经过优化设计的衍射光学元件如相位板等相应的放置在系统的空间域和频谱域.当系统在平面波照明下,便能在输出平面获得解密图像.这些衍射元件可通过级联迭代傅里叶变化算法设计.计算机模拟结果显示,算法具有很快的收敛速度,而且所应用于的系统的级次越多,相应的收敛速度越快.级联系统能够高质量的恢复原始图像,使之与原始图像的均方差小于5×10-30.采用密钥共享方案,级联系统可以用作多用户系统,这样能使安全性明显提高.     

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。