基于光纤振动幅度的激光散斑控制

实验以单片机AT89C51为核心控制器件,采用AD9850型DDS器件产生幅度可调的正弦波信号,再经ULN2003驱动器音圈电机振动。通过控制光纤振动幅度实现了激光成像系统中激光散斑噪声的存在使得图像灰度剧烈变化,降低了图像分辨率,影响成像质量。本文以AT89C51单片机为核心控制器件,采用AD9850型DDS器件产生幅度可调的正弦波信号,再经ULN2003驱动器驱动音圈电机振动,通过光纤振动实现了激光成像系统中激光散斑噪声的控制。在电压幅度0~3.0V振动范围内,随着电压幅度增加,图像散斑的平均对比度整体趋势减小,并在电压幅度2.2V时平均对比度获得了最小值0.06,达到了良好的散斑控制效果。     

投影系统多独立光源散斑抑制

在激光投影系统中,散斑问题造成图像质量的严重下降。基于光源角度多样性散斑抑制原理,分析了多颗独立光源实现最有效散斑抑制的条件。通过理论计算得到某条件下多颗独立激光光源间的最小相对空间夹角,并搭建实验平台验证了多独立光源实现角度多样性散斑抑制的效果。实验结果表明,多颗独立光源在合理分布空间相对位置的情况下,可有效降低屏幕上的散斑对比度、实现散斑抑制。     

激光散斑引起的波前探测误差及误差消除研究

激光具有较高的能量且单色性较好,因此被广为应用在弱光波前探测系统中。但激光的强相干性产生的像面散斑会造成CCD面阵上的光强无规律分布,导致波前重构质心算法的错误,进而降低波前像差探测的精度。分析了激光散斑降低波前探测精度的原因,并尝试用旋转散射体、多模光纤耦合及随机位相板等多种组合方法消除激光散斑,提升波前探测精度。评估几种方法对光强、光均匀性及消除散斑的效果进行对比分析、优化设计激光为光源的波前探测消散斑系统。最后利用随机位相板与多模光纤耦合的方法有效消除激光散斑,并进行消散斑前后的波前探测。该消散斑系统可有效消除激光散斑并提升波前探测精度,大幅提升了激光光源在自适应光学领域的应用性。     

激光三维强度关联成像系统研究

该报告对本年度所开展的激光三维强度关联成像系统研究进行了技术总结,报告主要内容有:(1)机载激光三维强度关联成像试验样机总体方案及系统设计;(2)基于信息论的赝热光源散斑场优化设计及实验研究;(3)预置赝热光源方案设计及实验研究;(4)机载分辨率矫正方案研究;(5)可见光单光子计数探测灵敏度下激光三维强度关联成像研究;(6)啁啾调幅脉冲压缩激光强度关联成像研究;(7)改善关联成像的稀疏图像重建算法研究;关联成像中目标检测和识别研究。通过上述研究和技术开发,基本解决激光三维强度关联成像在遥感试验时存在的问题,关键技术得到了大幅度提升,并进一步拓展了其潜在的应用方式。     

基于数字散斑自相关技术的微位移测量

通过散斑照相实验,得到粗糙表面在激光照射下的散斑场,移动粗糙表面,记录位移前后的散斑图像,利用数字散斑相关方法分析散斑图像,即可确定粗糙表面的位移。理论分析和实验结果表明,数字散斑相关技术可以很好地实现测量带有粗糙表面物体的微小位移,精度可达微米级。     

基于生物散斑的青枣活性变化规律

枣的表面损伤通常是由采集时和采集后的机械力或枣贮存时挤压所致,对枣损伤进行无损检测有利于枣的品质分级.文章基于生物散斑技术,采用He-Ne激光照射正常无损枣和损伤枣的表面,以时间序列散斑图的惯性矩作为散斑活性,研究正常新鲜枣和损伤枣图像散斑活性随时间变化规律.结果表明随时间变化,枣的生物散斑活性有较大变化,且正常枣和损伤枣的变化趋势不同,为损伤枣的识别奠定理论基础.     

双显微数字散斑相关测量的光学系统研究

基于桥梁变形测量的数字散斑测量系统,提出一种近距离测量形变的双显微测量系统,能消除刚性位移,提高测量精度.针对实现双显微数字散斑测试技术所需光学镜头,根据成像原理,设计出满足需要的与CCD相匹配的双显微物镜.采用满足设计要求的4倍的显微物镜进行试验,通过实验验证,设计合理,满足所需精度.     

物体亚表面的纳米探测研究

利用光纤构建了一套光学相干层析系统(OCT),并在光纤末端安装自聚焦透镜,采用宽光源对抛光物体亚表面微缺陷的存在进行了无损在体层析检测.利用光外差技术实现对样品的高分辨率检测.提出利用光学相干层析系统检测抛光物体亚表面微缺陷的方法,同时本实验系统的分辨率小于600 nm.系统中的光源相干长度为3.5 μm,光程为往返式,因此本系统的相干长度为1.7 μm.实验证明本系统在探测抛光物体亚表面的微缺陷中,可以清晰地识别3～4个微缺陷点区域.     

基于电磁场积分方程数值求解法的光学近场散斑及其一阶统计特性

从简谐光波满足的Helmholtz方程出发, 将由Green定理得到的介质分界面上光场的积分方程转化为以表面上的光场及其导数为未知量的线性方程组, 并对其进行数值求解, 实现了介质分界面上光场的严格数值计算. 对光波经随机自仿射分形表面散射后在近场光学区域内产生的光强进行计算, 研究了近场散斑的传播特性以及对比度和光强概率密度函数的演化特性. 近场区域内的散斑与传统衍射区和成像系统中散斑场的特性具有很大的不同: 散斑光强分布中具有局域起伏, 并且这种起伏在经过一个波长的起伏后消失；对于较小的横向相关长度的表面, 散斑对比度在近场区域附近达到饱和值, 而散斑场也接近Gauss散斑. 当表面的横向相关长度较大时这种转化则比较缓慢.     

基于偏振成像的目标识别技术研究

提出了一种基于偏振特征的目标识别技术.实验采用He-Ne激光作为照明光源,根据目标散射光偏振度的差异,利用DSP图像采集系统获取了目标的偏振图像,并编写程序计算了图像的灰度值.结果显示:偏振成像技术可以提高目标成像的对比度和分辨率;相对于退偏振强的目标,退偏振弱的目标图像亮度变化明显.所以偏振成像技术可以有效地提高目标探测和识别效率.     

激光焦斑分析系统

介绍了激光焦斑图象的二维微机分析方法与系统。根据CCD的特性建立了焦斑图象的灰度与胶片上黑密度之间的转换关系;并根据胶片的物理特性及成象系统对激光能量的衰减系数,推导出计算产生焦斑的激光能量的计算式以及胶片反差系数的计算公式。并详细地讨论了利用各种焦斑图象构成一具有完整激光能量信息的图象(即焦斑嵌套)的意义和方法。文中还对胶片本底灰雾的影响进行了讨论并给出了解决办法。     

激光通过大气随机信道光强分布的实时显示

分析了激光通过大气随机信道时光斑变化的影响因素，对接收光强进行了数值计算，用软件仿真模拟了光斑的实时变化。该系统可以方便、准确、形象地显示激光光斑的闪烁、漂移和分裂等现象，对于研究大气对无线光通信的影响，进一步优化激光通信系统的性能，实现全天候的大气激光通信具有参考价值。     

激光光源波长调制法增强ESPI振动条纹

提出时间平均振动条纹增强技术：对干涉系统作为相干光源的激光二极管进行波长调制，使之同时产生附加的相移和解相关散斑的综合效应，改善了ＥＳＰＩ时间平均振动条纹的质量。     

激光显示中的散斑抑制技术

针对半导体激光器作为背光源的液晶显示器背光模组, 应用TN型E7液晶构建抑制散斑装置, 并分析频率与电压对散斑抑制效应的影响. 结果表明, 散斑对比度由6.52%降为2.80%, 使人眼无法察觉散斑.     

数字散斑的仿真建模与变形场测量

合理构建像面散斑的数字模型,可以精确产生位移和变形场的数学仿真散斑图,为求解亚像素位移或变形的算法研究构建一个软件分析平台。本文从物体粗糙表面的随机分布出发,基于光学成像系统高斯点扩散函数模型,构建了像面散斑的成像模型,对变形前后的随机表面产生的像面散斑进行了模拟和变形场计算。文中提出在找相关峰值时用局部区域进行搜索,减少了运算时间,避免了相似峰的出现。     

多模光纤斑纹场及其应用

本文研究了He-Ne 激光照明的单根多模阶跃折射率型光纤及多模光纤束产生的斑纹场的特性,讨论了不同芯径的光纤组成的多模光纤束产生的斑纹场之间的差别,并将它们与毛玻璃板斑纹场进行了比较.通过实验验证了所得结论的正确性,证明了多模光纤束辐射的斑纹场可以用于光学测量和信息处理.     

基于小波变换图像增强算法的手机散斑衬比血流成像技术

为实现激光散斑血流成像设备的便携化,研究了手机散斑衬比血流成像技术。通过分析和重组彩色滤波阵列的光强信号,解决了彩色图像传感器无法获取散斑信号的问题。提出了基于手机相机的散斑衬比分析方法,使用二维离散小波变换对图像低频区域进行增强,并使用k-means聚类和Ostu算法将背景区域和前景血流区域进行分割和去噪。最后,为验证这两种算法在不同情况下的分割结果,分别进行了血流模拟实验和微循环血流灌注实验。研究结果证明,Ostu算法在不同的血流模型下有更好的分割去噪表现,解决手机自带算法导致血流图像失真问题的同时,提高了图像的可视化效果。     

Matlab在激光水下图像处理中的应用

 水下激光成像技术在水下探测等海洋开发中具有重要的实用价值,但水介质的特殊性,使其所成图像易受噪声污染而造成分辨率下降。即使采用同步扫描和距离选通等技术,获得的成像质量仍然不好,图像存在由后向散射形成的散斑噪声和其他一些高斯噪声。为了进一步改善成像效果,需要利用数字图像处理技术对水下成像进行后续加工,水下图像处理结果的好坏直接影响到后面的特征提取和目标识别等的成败。本文分析了Matlab在数字图像处理中的应用, 并结合对激光水下图像的处理,说明了Matlab在图像处理中的强大功能,对常用的噪声抑制算法：维纳滤波、中值滤波、均值滤波进行了介绍,并且通过对实际的激光水下图像处理,利用以上各算法计算了处理图像的散斑指数、峰值信噪比和归一化均方误差,比较了其散斑抑制能力。     

挤出吹塑中型坯壁厚的在线智能检测技术

采用激光扫描加图像处理的方法以实现在线测量:用一束激光从某一角度入射到型坯壁上,反射回来的光线由2部分组成,一部分是从型坯外表面反射的,另一部分是从型坯内表面反射的,这2部分光线之间是平行的,并存在一定的间隔.重新推导出该间隔与型坯壁厚之间的计算公式.用CCD摄像机接收从型坯反射回来的光线形成2个光斑图像.通过数字图像处理测取2个光斑之间的距离.即应用图像预处理、平滑滤波、图像二值化、边缘提取、图像分割、边缘曲线的跟踪和连接、尺寸标定来获取光斑中心坐标及光斑中心之间的距离.通过该计算式即可求出型坯的壁厚.实验研究表明,此检测方法所需硬件简单,计算量小,实施容易.它的实现可提高吹塑制品的质量,降低原料消耗.