点衍射波前位相的测评

提出一种检测点衍射干涉仪关键部件针孔所产生的衍射光学波前的方法。介绍了点衍射波前的产生原理,分析了小孔质量状态、照明光路调整状态与波前各个像差分量之间的关系。基于信息光学基础理论,采用傅里叶变换和迭代算法,采集针孔衍射图像并进行计算分析,实现对衍射波前的位相复原以获得波前信息。阐述了测试方法的理论依据和计算公式,应用研制的位相复原分析计算软件测试并分析了实际采集的点衍射图像,通过15次的迭代,输出的位相值逐渐收敛,图像误差因子下降到0.12。目前,该方法已用于对针孔的筛选和针孔照明系统的装调中,实验结果证明了该测试方法的可行性。     

基于星点图像的小像差复原

提出了一种基于星点图像的小像差光学系统像差复原方法.应用标量衍射理论和Bessel级数,推导了以波像差的Zernike系数为参量的小像差光学系统点扩散函数的解析计算公式,利用该公式给出了基于星点图像的小像差复原问题的目标函数及梯度函数的表达式,并采用最优化方法进行求解.分别在理想情况和噪声情况下数值模拟了光学系统的像差复原,验证了本文提出的像差复原方法的有效性,并分析了星点目标尺寸对复原效果的影响.该方法以波像差的Zernike系数为优化变量,并利用推导得到的解析表达式计算目标函数及其梯度值,避免了常用像差复原算法中所需的傅里叶变换和有限差分等数值运算,提高了复原算法的运算速度.     

光电成像系统获取图像的多项式能量约束复原

针对空间移变点扩散函数造成的空间移变图像降质,提出一种简单适用的复原算法.算法基于多项式近似逆滤波原理,将能量约束复原滤波器的传递函数按泰勒级数展开,用多项式近似表示,并将展开式与降质图像频域表达式的乘积反傅立叶变换到空间域,由此得出复原图像表达式,是降质图像各阶导数的线性组合,组合系数由成像系统的点扩散函数和能量约束参数唯一确定.对模拟和实际空间移变光电成像系统获取图像的处理表明,算法能有效的复原空间移变点扩散函数造成的图像降质.     

航空成像像移模糊恢复技术

分析了航空成像系统像移模糊产生的机理;通过建立运动模糊的数学模型,构建二维运动模糊点扩散函数;采用维纳滤波方法,消除了航空成像系统图像像移模糊;通过加窗技术,有效地抑制和减小了边缘误差.实验结果表明,该方法效果较好,可以实现1个像元的恢复精度.     

基于维纳滤波的运动模糊消除算法及其在航空成像系统中的应用

分析了航空成像系统运动模糊产生的机理,通过建立运动模糊数学模型,进行了消除运动模糊仿真实验。研究表明,由于成像系统与地面目标景物的相对运动,在目标图像上产生运动模糊,图像复原技术可以消除图像模糊。在图像复原技术中,点扩散函数(PSF)是影响图像恢复结果的关键因素,文中给出了估计点扩散函数的一般方法。虽然维纳滤波可以解决在逆滤波中H(u,v)零点噪声放大问题,但是在图像边缘附近误差较大。采用带最优窗的维纳滤波方法可有效抑制噪声和减小边缘误差。对实验平台获取的运动模糊图像进行实验,结果表明在图像边缘像素灰度平滑条件下,可以收到近乎完美的恢复效果。     

光学成像系统光学波前的高精度测试

基于扩展奈波尔-泽尼克理论,分析了不同出瞳振幅分布情况对光学系统焦面处光强分布的影响.针对光学成像系统出瞳振幅实际分布状态,提出了一种新的测试光学波前的方法,解决了相位恢复算法中出瞳振幅分布不均匀和快速傅里叶变换引入计算误差的问题.通过测评实验,对一光学系统进行了测试,获得的光学系统出瞳波前(PV)值为0.196 5λ...     

相关系数分析在模糊图像参数识别中的应用

介绍一种在图像频域应用相关系数分析方法来识别模糊参数的方法。该方法用一系列同一类型但不同参数的模糊模型来第二次模糊图像,然后在频域中分析两次模糊图像之间的相关系数。实验结果表明,这种方法既适合于散焦模糊模型也适合于运动模糊模型的参数识别,有一定的准确性和计算上的简便性。     

利用激光全息技术校正大口径光学成像系统像差

基于光学全息原理,分析了激光全息技术校正光学成像系统像差的机理和方法,建立了全息记录实验系统,用于校正口径500 mm、低质量球面反射镜光学系统对有限远物体成像时的像差。采用原光路再现的方法,通过比较像差校正前后的干涉图样和成像结果,验证了该校正方法的可行性。实验结果表明,校正后该系统剩余波像差约为λ/8。     

光学传感技术在熔池信息检测中的应用

列出了近期国内外研究人员在熔池信息检测中所研制和应用的光学传感技术，如脉冲激光频闪法、红外检测法、同轴检测法、普通摄像机直接检测法。分析了各种方法的优缺点，并展望了光学传感器在未来焊接熔池信息检测中的应用前景及下一步研究工作的方向。     

改进的傅里叶变换在Rugate滤光片设计中的应用

傅里叶变换是设计Rugate滤光片最有效的解析方法之一。然而这种解析方法内在的近似性导致了设计结果与目标结果总是存在着一定的偏差。现提出一种改进的傅里叶变换方法,提高设计结果与目标结果的逼真度。将光谱函数的模与位相作为两个独立的变量分别优化。可以在有效控制折射率范围的情况下,设计出与目标结果一致的光谱曲线。     

Linear phase imaging using differential interference contrast microscopy

We propose an extension to Nomarski differential interference contrast microscopy that enables isotropic linear phase imaging. The method combines phase shifting, two directions of shear and Fourier‐space integration using a modified spiral phase transform. We simulated the method using a phantom object with spatially varying amplitude and phase. Simulated results show good agreement between the final phase image and the object phase, and demonstrate resistance to imaging noise.     

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。     

基于级联相位检索与关联成像的多图像加密研究

光学信息处理技术本身具有高速度、并行性、信息容量大的特点。同时,光波又具有振幅、相位、波长、偏振等多种属性,是多维信息的载体。因此,光学加密在信息安全传输领域意义重大。现有的图像加密方法存在效率低、安全性差、加密容量小等问题。为了实现多图像二次加密传输,提出了一种基于级联相位迭代与计算关联成像的多图像加密算法。该方法可以同时对多幅图像进行高效加密,计算简单,安全可靠,传输数据少。利用相关系数指标评估了该方法的加密效果,并通过仿真实验验证了该方法的有效性和安全性。     

基于脉冲位相的红外热波无损检测测厚方法研究

为进一步实现红外热波无损检测中缺陷深度测量,提出基于脉冲位相分析的数据处理方法。对脉冲红外热波无损检测的时间信号进行傅立叶变换（FFT）,提取位相频率信息,根据热波频率与传导深度的关系完成缺陷深度的检测。以热传导较快的铝材料为例,对自行设计深度不同的平底洞缺陷给出此方法的实验结果,通过Matlab中FFT分析得到的不同深度平底洞缺陷在不同频率下的位相曲线及VC++中得到的位相序列热图,实验结果表明了脉冲位相对缺陷深度检测的可行性,缺陷实际深度关系与实验计算深度存在d≈1.98μ 的关系,同时位相图有效抑制了噪声的干扰,为材料和结构内部缺陷检测提供了一种有效处理方法。     

液晶-变形镜自适应光学系统的数据采集与处理软件设计

为了提高自适应光学系统科研人员的工作效率,满足自适应光学系统向高低阶多波前校正器的发展需求,本文研究了一套自适应光学系统控制软件设计方法,以适应实验设备的不断更新换代,避免实验过程中软件不断更新修改所带来的问题。本文首先从功能和性能两方面分析了实验对软件系统的需求,提出基础层、功能层及表示层3层的软件架构体系,采用共享内存和临界区对象相结合的软件开发方法,确保自适应光学系统的实时性与准确性,避免资源冲突和浪费;采用Windows API事件实现多线程之间同步协调控制。基于上述思想开发了液晶-变形镜混合的高低阶自适应光学系统控制软件,可在0.6ms内完成波前采集、波前计算、控制信号计算和各设备间的同步协调控制。最后,使用该软件进行自适应光学校正:仅变形镜和倾斜镜校正后峰峰值由3.38μm降为0.95μm,均方根误差由0.66μm降为0.12μm;液晶校正器、变形镜和倾斜镜同时校正后峰峰值为0.44μm,均方根误差为0.02μm,计算总延迟为0.378ms。由实验结果可知,本文设计的软件可以实现自适应光学系统的实时校正,在保证校正精度的同时具有方便修改、功能齐全及模块化的优势,为后续自适应光学实验提供保障。     

Application of sensitive,high‐resolution imaging at a commercial lab‐based X‐ray micro‐CT system using propagation‐based phase retrieval

Several dedicated commercial lab‐based micro‐computed tomography (μCT) systems exist, which provide high‐resolution images of samples, with the capability to also deliver in‐line phase contrast. X‐ray phase contrast is particularly beneficial when visualizing very small features and weakly absorbing samples. The raw measured projections will include both phase and absorption effects. Extending our previous work that addressed the optimization of experimental conditions at the commercial ZEISS Xradia 500 Versa system, single‐distance phase‐contrast imaging is demonstrated on complex biological and material samples. From data captured at this system, we demonstrate extraction of the phase signal or the correction of the mixed image for the phase shift, and show how this procedure increases the contrast and removes artefacts. These high‐quality images, measured without the use of a synchrotron X‐ray source, demonstrate that highly sensitive, micrometre‐resolution imaging of 3D volumes is widely accessible using commercially advanced laboratory devices.     

计算成像技术在光学检测领域的研究进展

成像系统在利用传感器记录图像信息时,只记录了强度信息而丢失了重要的相位信息。 传统的干涉相位恢复技术由于 需要满足严格的干涉条件,在使用过程中受到一定限制。 随着计算成像技术的蓬勃发展,以强度传输方程和相干衍射成像以及 在此基础上发展起来的相干调制成像、叠层扫描相干衍射成像为代表的非干涉相位恢复技术受到广泛关注,并被运用于光学检 测领域。 这类技术无需参考光,系统结构简单,可通过衍射强度图直接获得相位信息,在检测领域有巨大的应用潜力。 基于此, 介绍了几种典型的计算成像技术的研究现状与最新进展,同时讨论分析了各类方法的主要技术特点。     

小波变换在电网谐波分析中的应用

随着电力电子技术的广泛应用,谐波对电力系统的污染越来越严重,检测、分析和抑制谐波已经成为电力系统环境治理的重要课题.利用小波变换及传统的傅立叶变换对电网中的谐波进行了检测、分析,并通过MATLAB进行了仿真.仿真结果表明,利用小波变换可以将信号中不同频率的谐波有效地提取出来,并进行有针对性的分析,具有更高的分析精度.