透射式小型光学相关器的光学设计

光学相关探测与目标识别是光学信息处理范畴。利用光学相关原理对搜索探测的目标进行实时探测,自动识别,高精度定位,结合电寻址液晶和CCD达到实时联合变换相关。所以有处理速度快,结构简单,并行度高,容量大的优点。光学相关器即傅立叶变换透镜是光学探测装置的核心。本文总结了傅立叶变换透镜的发展过程,并设计了一个小型傅立叶变换透镜。先用P,w法计算出光学系统的初始结构,再利用光学设计软件Zemax自动优化,进行象差校正,最后使该系统能满足光学相关探测的要求。     

引入傅里叶变换在光学中的意义

二维傅里叶分析可以简化夫琅和费衍射和菲涅尔衍射的计算,便于光学传递函数的计算和讨论,便于光学信息处理.透镜能实现傅里叶变换,这使傅里叶分析方法在光学中得到卓有成效的应用.     

傅里叶变换的无透镜光学实现

用发散球面波照明物体的自由空间菲涅耳衍射，实验物体的傅里叶变换；用汇聚球面波照明物体的自由空间菲涅耳衍射，实现物体的逆傅里叶变换，提供了一种无透镜傅里叶变换模式，对光学信息处理具有实用价值。计算机模拟结果验证了理论的可靠与可行。     

菲涅耳衍射系统的另类分数光学传递函数

借用常规光学传递函数与系统脉冲响应构成一组傅里叶变换对的关系,对菲涅耳衍射系统的脉冲响应直接实施光学分数傅里叶变换,获得了该系统分数光学传递函数的数学表达形式,阐述了其物理意义,证明了常规傅里叶变换下的光学传递函数为该分数光学传递函数的特例,对分析系统传输光信息的整体效应具有指导作用.     

关于散斑图全场观测时两种Fourier变换光路的探讨

散斑图通过光学傅里叶变换和空间滤波再现是力学测量中的重要手段。常用的变换光路是把散斑图置于变换透镜的前焦面上。本文对把散斑图分别置于变换透镜前、后的两种傅里叶变换光路进行了讨论,指出对不要求“准确”的傅里叶变换的散斑图观测,采用散斑图置于透镜后的光路有较多的优越性。     

基于几何光学对透镜傅里叶变换性质及频谱的讨论

在讨论透镜的傅里叶变换性质时,当前流行的信息光学教材普遍采用光波复振幅进行的,初学者接受起来有一定的难度.作者提出了几何光学频谱分析法,利用几何光学讨论透镜的傅立叶变换性质,有助于初学者对该内容的理解.     

像散分数傅里叶系统对部分相干光束偏振特性的影响

分数阶傅里叶变换是分析光学谐振腔的有力工具,分数阶数和像散系数的选取决定了谐振腔的尺寸,影响激光光束的偏振、远场发射角和可聚焦功率等.本文以部分相干电磁高斯-谢尔模型光束为研究对象,根据柯林斯公式推导出电磁高斯-谢尔模型光束通过含像散透镜分数傅里叶变换系统的偏振度、椭圆方位角和椭圆度的表达式,数值仿真分析了通过像散分数傅里叶变换系统输出面上的偏振度、椭圆方位角和椭圆度分布情况.仿真结果表明,光束通过含像散透镜分数傅里叶变换系统后,像散系数越大,轴上点的偏振特性变化越快;像散使非焦平面上的偏振特性由圆对称分布变为椭圆对称分布,不改变焦平面的分布形状.本文的研究结果对不同偏振特性要求下分数傅里叶变换阶数和像散系数的选取具有一定的参考价值,对光学谐振腔的设计具有重要的指导意义.     

采用二维频域光学相干层析的透镜曲率半径测量

利用自研发的二维频域光学相干层析系统,测量透镜的曲率半径及焦距.为了提高透镜曲率的测量精度,采用频谱校正技术校正快速傅里叶变换产生能量泄漏而造成的误差.试验结果表明:研发的二维频域光学相干层析系统具有非接触式无损伤的特点,可以一次采集成像获取透镜的曲率半径和焦距,不需任何机械扫描运动就能获取透镜的曲率轮廓,且测量结果精确.     

用全息透镜实现分数傅里叶变换

提出了用全息透镜实现分数傅里叶变换,讨论了用全息透镜作粉发数傅里叶变换元件的条件。用全息透镜来实现分数傅立叶变换,能更好地满足分数傅立叶铎透镜的焦距变化要求。     

原始资料的全息点存储

用无透镜傅里叶变换全息图对文献资料直接进行存储,既保留了傅里叶变换全息图的各种优点,又省去对原始资料作微缩胶片的麻烦手续,记录系统十分简便,并可用细激光束照明再现。     

二维窗口傅里叶变换轮廓术和二维S变换轮廓术比较

窗口傅里叶变换和S变换都是常用的时频分析技术.窗口傅里叶变换采用大小固定的时频分析窗口对信号在时域和频域进行处理.S变换采用受到信号瞬时频率控制的可变窗口对信号进行分析,它集合了窗口傅里叶变换和小波变换的优点.论文对比分析了基于"脊"处理思想的二维(2-D)窗口傅里叶和2-D S变换在基于结构光投影的光学三维面形测量中的应用.推导了他们用于条纹图相位场计算的表达式,并对比了他们的三维重建效果.模拟和实验都表明:基于"脊"处理的二维S变换方法比二维窗口傅里叶变换方法有更高的相位提取精度,即使分析严重噪声污染的条纹,采用二维S变换也能得到满意的三维重建效果.     

傅里叶变换全息的计算机模拟

傅里叶变换全息图不是记录物光本身,而是记录物光的傅里叶频谱.利用透镜的傅里叶变换性质,将物体置于透镜的前焦面,在照明光源的共轭像面位置就得到物光的傅里叶频谱,再引入参考光与之干涉,在干涉图样中就记录了物光的傅里叶变换光场的振幅和相位的全部信息.利用MATALB语言的强大的快速傅里叶变换和灵活多变的图像处理能力,完整地模拟了傅里叶变换全息的全过程.与实际实验相比较,直观、经济;模拟实验参数可调,现象明显.可以加深对傅里叶变换全息理论的理解.     

基于图像变换的自由曲面光学透镜面形测量

对称中心的自由曲面光学透镜的光学表面面形测量 ,是光学加工制造领域的难题。为达到高精度测量 ,提出一种可用于自由曲面光学透镜在线光学测量方法。基于光学透镜的图像变换特性与其光学表面面形之间存在着的拓扑关系 ,通过对标准输入图像和经过待测自由曲面光学透镜变换后的输出图像进行智能辨识、分析和处理 ,求出该光学透镜的变换矩阵 ,并据此精确测量出待测光学透镜的曲面面形。实验结果表明 :基于图像变换的测量方法的测量误差小于 2～ 3μm,能够适用于自由曲面光学透镜的非接触、快速高精度测量     

复数矩阵元光学系统的高斯激光束传输和交换

本文导出矩阵元为复数的光学系统输出空间高斯光束参数普遍适用的计算公式，讨论了含有高斯孔径的傅里叶变换系统和梯度折射率系统的光学传递矩阵，文中给出这些系统的光速 变换式系列，表明衍射角（λ／πωｇ）是高斯孔径的衍射效应因数。     

二元光学在凸非球面零件检测中的应用

分析使用多种透镜组合成补偿镜对非球面进行背部检验,在各种传统检测方法的基础上,研究了一种新的检测方法——使用二元光学元件(CGH)作为补偿镜来检测大口径凸非球面,从而降低加工精度和减小系统体积.讨论了二元光学的原理和设计方法,并给出设计实例.     

圆对称孔径函数菲涅耳衍射场的轴向分布及成像特性

提出了一种新的方法,将二维圆对称孔径函数轴向菲涅耳衍射场的计算转化为常规一维傅里叶变换,简化了计算过程,且可定量求得轴向光场的解析式及与自由传播时光强之比。用此方法对普通透镜、圆孔、圆环、正弦波带片(同轴全息透镜)及离散波带片等各种孔径完成了计算和分析,并据此讨论及比较了它们的聚焦、成像特性及轴向分辨率。     

基于光纤和偏振图像融合的无透镜傅里叶变换数字全息

设计并搭建基于光纤和偏振图像融合的无透镜傅里叶变换数字全息实验装置,利用电荷耦合元件(CCD)记录物光波振幅、相位及偏振信息,完成偏振图像融合和数字全息再现.实验结果表明:结合偏振图像融合技术的无透镜傅里叶变换数字全息能得到更为准确的数字全息图和再现像;基于光纤的无透镜傅里叶变换数字全息不仅能产生近似球面波,而且使物体到CCD的位置更自由.此外,偏振图像融合的方法和中值滤波器的使用,能有效地提高再现像的分辨率.     

逆向傅里叶变换激光测粒仪的光线计算模型

在光散射颗粒测量中,逆向傅里叶变换技术具有测量下限小和对透镜口径要求低等优点,其缺点是要求满足光束近轴和窄测量区条件.为了实现逆向傅里叶变换技术在在线中应用,提出了一种光线传输计算模型,即在不同的测量区厚度和光束张角情况下计算探测器上散射光信号分布,并与常规的傅里叶变换系统比较,研究测量区厚度和光束张角等因素对逆向傅里叶变换技术光散射信号的影响.数值计算表明,逆向傅里叶变换系统中的信号分布与测量区厚度、等效焦距和入射汇聚光束张角的选择密切相关.所提出的光线传输计算模型可为逆向傅里叶变换系统的在线测量应用提供理论依据.     

用普通透镜进行指纹实时识别的研究

根据傍轴近似和正弦条件，讨论了用普通透镜代替傅里叶变换透镜进行指纹实时识别的条件，给出了实验结果。     

分数傅里叶变换的优化设计

根据实际设计的要求与可能，比较了2种实现分数傅里叶变换的光路的优缺点，给出了设计光路的选择原则。