相位恢复算法在仿真与实验上的研究

相位恢复算法一直存在着精确度不高,收敛速度慢甚至停滞不前等问题。将基于光强传输方程(TIE)法与G-S迭代算法混合提高了相位恢复的精确度,梯度算法的提出加大了迭代步长,使得收敛速度加快。采用GS-TIE算法和振幅加成梯度算法分别从仿真和实验的角度去比较分析恢复的效果。通过对二维图像仿真得出,振幅加成梯度算法在收敛速度上是GSTIE迭代算法的3倍,精确度是GS-TIE迭代算法的10倍。从实验结果得知,GS-TIE恢复的相位清晰可见,轮廓明显,在边缘处过度均匀,而振幅加成梯度算法相对比较模糊,在轮廓边缘处过度不均匀,悬差较大。     

基于振幅调制纯相位滤波器的旋转不变识别优化算法研究

为了提高光学匹配滤波相关识别的综合性能,提出一种基于振幅调制纯相位滤波器的旋转不变识别新算法,该算法使用综合鉴别函数和迭代算法将各个不同旋转角度的训练图像构建成子滤波器,并将它们加权求和得到优化的合成滤波器。这种新的优化算法使得相位匹配更加充分,显著提高多种识别条件下的相关峰值,能够一定程度地降低训练量。计算机仿真实验结果表明此种算法具有良好的旋转不变识别效果。     

一种用于QAM通信系统的盲相位恢复算法

本文对QAM星座图相位旋转的恢复进行了研究,发现通过对旋转后的星座图实施试探性相位补偿,并对补偿后的信号点进行判决,就可以在MMSE准则下简单的实现旋转相位提取。该算法为开环结构的盲算法,不需要辅助训练序列和判决反馈数据;同时算法利用所有接收信号点携带的相位旋转信息,可在较短的观测区间内实现相位恢复。     

应用振幅调制纯相位滤波器实现旋转不变识别

提出了一种基于振幅调制纯相位滤波器(AMPOF)的旋转不变识别新算法.该算法充分利用振幅调制纯相位滤波器区分能力强的优点,结合综合鉴别函数方法,拓展了综合鉴别函数(SDF)在畸变不变模式识别领域的应用.利用各幅训练图像傅里叶变换的振幅和相位信息,逐一构建成子滤波器,并将它们加权求和得到合成滤波器;然后采用迭代算法求解出合理的权重系数.仿真实验结果表明:对于实验采用的目标训练图像和非训练图像,改进算法的相关输出峰值大约提高95%～112%;对于只有少量像素的局部训练图像,改进算法的相关输出峰值大约提高74%.这种优化算法使得振幅匹配和相位匹配更加充分,相关输出增益明显增强,能够一定程度地降低训练量.     

莫尔偏转法测量相位物体的基本公式导出

本文从几何光学和傅里叶光学中最基本的公式和理论出发,推导出用莫尔偏转法测量相位物体的基本公式,为在用莫尔偏转法测量相位物体时,提供了处理实验结果的理论依据。     

横向剪切干涉测量中准确的相位恢复算法

提出一种剪切干涉测量中实现由相位差分准确高效恢复被测波前相位的算法.该算法是基于被测波前相位与其差分完全的点对点对应关系,及最小二乘算法原理.首先由被测波前相位与其差分完全的点对点对应关系及最小二乘原理,建立一特殊的线性等式,被测相位能通过解此等式直接获得.由于该线性等式的系数矩阵为稀疏矩阵,能转化为一新的小矩阵,以降低计算机存储空间和计算量;同时,由于该矩阵为正定矩阵,Choleski因式化分解方法能用来实现该线性等式方便的解.进行了计算机数值分析和相关试验测试,结果表明:该恢复算法可行,且计算精度高、计算复杂性低;可实现由相位差分准确恢复被测波前相位,同时具有良好的噪声误差传输特性.     

一种基于相位的立体匹配算法

立体匹配是立体视觉中最为关键的一步,对立体视觉具有举足轻重的作用.为了能快速地进行立体匹配,该文结合极线约束和同一点相位相同特性,提出了一种新的基于相位的立体匹配算法.该方法首先根据极线约束确定对应点所在极线,再根据四步相移法得到图像的包裹相位,然后根据合成频率的相位展开方法提取相位,最后在该极线上找到相位相同的对应点.实验证明,与传统的极线最小距离方法相比,大大提高了匹配速度.实验结果验证了算法的有效性.     

TIE和GS迭代算法用于生物细胞的相位恢复

提出了一种利用白光进行生物细胞图像高分辨率相位恢复方法,该方法结合了光强度传输方程(TIE)和Gerchberg-Saxton迭代(GS)算法。通过在显微镜的像平面附近连续采集3张生物细胞图像,并使用红色、蓝色和绿色通道分别对生物细胞图像的相位进行恢复,然后从3个通道的相位中提取该生物细胞的相位信息。实验结果表明,用该方法所得到的前后两次循环迭代的相位相对误差精度可以达到10^-7。     

一种基于相位法的彩色三维形貌测量方法

基于相位法的三维形貌测量。提出了一种建立被测物体彩色三维形貌的方法。该方法采用主动光源投射一组光强呈余弦变化的光栅。并由一台黑白CCD工业摄像机对被测物体拍摄从而实现三维形貌的重建;然后对被测物体进行三色光投射。同时黑白工业摄像机拍摄被测物体,通过对所得图片进行分析。实现被测物体的色彩恢复。实验结果表明,该方法能够快速准确的获得被测物体的彩色三维形貌,色彩度误差小,可有效解决黑白工业相机无法进行色彩捕捉这一问题。     

基于相位恢复技术的大型光学镜面面形在位检测技术

根据目前大镜加工在位检测的需求和面临的困难,把基于衍射图像检测的相位恢复技术应用到大镜面形的在位检测,建立大镜加工在位检测系统.对影响测量系统精度的主要因素以及系统的抗振动性能进行了分析和仿真,结果表明该测量系统具有较好的抗振动能力,精度接近标准球面波光源的精度.基于GS迭代算法开发了测量软件,对( 500 mm球面镜进行在位测量.把相位恢复测量结果与高精度的ZYGO干涉仪测量结果进行比较分析,结果表明在面形误差分布及误差的峰谷值(PV)和方均根值(RMS)上,两者具有较高程度的一致性,这说明相位恢复测量方法的可行性和准确性.由该方法构成的在位测量系统具有光路简单、精度较高、抗振动能力强和操作简单等特点,完全满足大镜的在位测量需求.     

基于相位恢复原理的SAR振动目标成像方法

在SAR成像系统中,振动目标成像具有成对回波的多普勒特征,不利于振动目标的检测和识别。提出一种基于相位恢复原理的振动目标聚焦成像方法。首先基于条带式SAR成像模式建立了振动目标空间几何模型,理论推导了将相位恢复原理应用到SAR振动目标成像的可能性;然后以振动目标回波数据和支撑域信息作为过采样平滑算法(OSS)的先验信息,通过改变平滑滤波器的参数,调整滤波器的带宽,以减少支撑域外部信息对振动目标的干扰,同时通过减少支撑域,提高迭代算法的收敛性,消除振动目标成对回波,最终得到聚焦的高分辨率振动目标图像。仿真和实验结果证明所提方法的有效性。     

利用相位差异技术恢复宽带白光图像

研究了用于扩展目标成像的相位差异技术。该技术利用焦面和离焦面上的两幅图像之间的相位差异来估算波前相位畸变,同时对采集的图像进行恢复。设计了白光目标成像实验系统,用宽带白光作光源,在实验室搭建实验平台,模拟无穷远处目标和波前相位畸变。采用直角梯形分光棱镜将光路分为两个通道,在一台相机上同时采集两个通道像面上的图像,消除了相机不同产生的差异,极大地抑制了噪声对图像恢复的影响,分光后系统抗两个通道独立的高斯白噪声的能力为10%。实验结果显示恢复后的图像分辨率提高了19%,表明该技术是适合光电成像系统的图像恢复技术。     

一种新的区域增长相位去包裹算法

相位去包裹是分析光学干涉系统相位图的一个关键环节,受各种噪声或欠采样的影响,传统的去包裹算法不能很好地恢复真实相位,误差会沿去包裹方向扩散,在真实相位图上形成"拉线"现象.提出了一种新的在品质图导引下基于路径预测的区域增长去包裹算法,该算法具有较强的抗噪声性能,即使存在少量欠采样点时仍能较好地去包裹.将其应用于三维面形测量中,可以有效地解决由于噪声、欠采样、低信噪比和低调制度等原因造成的相位畸变对正常去包裹的影响.文中给出了具体算法,并对人体石膏像模型进行了去包裹,结果验证了该方法的有效性和可行性.     

一种基于图像相位信息的亚像素微位移测量算法

综合考虑了图像的振幅和相位信息,并按相位涡旋的物理和几何特征,研究了基于数字散斑图像相位奇点匹配的位移测量算法。该算法对图像的交流信号,经用希尔伯特变换方法,提取散斑图像的实部和虚部信息,并用曲面拟合方法确定相位奇点的坐标,从而确定图像序列间的位移。试验结果表明,相位奇点匹配算法具有良好的精确度和稳定性。     

一种基于载波相位的声呐阵列波达方向估计算法

针对目前各种声呐阵列波达方向估计算法复杂,系统处理速度要求较高,设计成本昂贵等问题,本文从载波信号所包含的目标方位信息出发,提出了一种新的阵列信号波达方向估计算法。该算法根据各个阵元接收信号相对延时的固定性,利用三角函数的变化关系,推导出了阵列信号的波达方向角的计算公式。仿真实验证明:当线性阵元间距为波长的1/2时,在信噪比为10 dB,波达方向角为2°～70°时,利用该算法计算所得波达方向角的精度小于0.05°;在信噪比为0 dB,波达方向角为1°～70°时,精度小于0.15°;在信噪比为-10 dB,波达方向角为1°～70°时,精度小于0.6°。     

偏振态、相位和振幅对受激辐射损耗中损耗光焦斑的影响

针对受激辐射损耗(STED)超分辨显微术分辨率不够高的问题,研究了损耗光偏振态、相位和振幅多种物理量对焦斑的影响,以形成半峰全宽窄的圆环形损耗光焦斑。根据Richards-Wolf矢量衍射理论,建立了偏振态、相位和偏振态作用下的损耗光焦斑模型;计算了不同偏振态、不同相位振幅调制参数下损耗光焦斑的分布情况;通过优化各参量得到有效激发荧光的分布。计算结果表明,应用切向偏振时的损耗光焦斑半峰全宽优于应用径向偏振和圆偏振;相位和振幅的调制作用均能减小半峰全宽;优化后有效激发荧光的理论半峰全宽仅为13.2nm。采用损耗光的偏振态、相位和振幅对损耗光焦斑进行整形,能够有效减小半峰全宽,获得较高的理论分辨率,比仅使用单一物理量的效果更好;应用切向偏振光能够获得高质量的损耗光焦斑和超衍射极限的分辨能力,根据不同实际情况选择相位或振幅调制的方法可进一步提高分辨率。     

相位偏移干涉测量波面的一种新算法

本文分析了利用相位依稀干涉的相位计算方法对测量结果准确程度的影响,提出了一种利用相位偏移干涉原理测量波面的新算法（四幅改进算法）。考虑到移相误差是导致相位偏移干涉测量法产生误差的主要因素,本文着重讨论相位偏移干涉测量算法对移相误差的敏感程度。根据对实验测试机构所进行的测量与分析,以实际的数据为基础得出在相位人多干涉测量算法对移相误差的敏感程度,根据实验测试机构所进行的测量与分析,以实际的数据为基础得出在相位偏移干涉测量中新算法的优秀品质。该新算法对移相误差有良好的抑制作用,无论是理论分析速 是实际测量效果都很好。     

压缩感知后引入噪声的信号恢复

将压缩感知后引入噪声的信号恢复作为研究对象,建立了信号恢复模型,以解决工程领域中广泛存在的噪声问题。由于传统的算法无法实现压缩后引入噪声的信号恢复,本文提出了用阈值收缩迭代算法来实现含噪信号的恢复。分析了算法原理,对压缩感知后加入高斯随机噪声、5%和10%密度的脉冲噪声分别进行了信号恢复仿真,并与正交匹配追踪(OMP)算法和平行坐标下降(PCD)算法进行了比较。结果表明,阈值收缩迭代算法对无噪稀疏信号基本可以做到完全恢复;对压缩后含噪信号的恢复具有较强的鲁棒性,只在峰值处出现了较明显的误差,通过增加测量矩阵行数和迭代次数可以提高抗噪性能。实验显示:本算法在处理高斯噪声和低密度脉冲噪声时具有明显优势,在处理高密度脉冲噪声时略优于另两种算法。     

一种基于相位一致性的虹膜识别方法

凭借虹膜自身的稳定性、非侵犯性、难更改性等优点,虹膜识别已经成为生物特征识别领域中的研究热点。但是在非侵犯性的虹膜识别系统所采集到的人眼图像中,虹膜环内的部分区域被眼睑或眼毛所遮挡,造成虹膜纹理的丢失。将被眼睑或眼毛遮挡的区域去掉之后,虹膜可用纹理区域的面积会低于100%。为了在这种情况下仍然能够提取出满足虹膜识别要求的特征,本文提出了一种基于相位一致性的虹膜识别方法。实验结果证明,该方法能够在虹膜可用纹理区域不完整的情况下提取出足够多的可区分性特征用于虹膜识别,并且具有0.137 0%的等错率和99.862 5%的正确识别率。