基于参考物镜的数字全息显微相位畸变自动补偿

建立了参考物镜与数值拟合相结合的方法,对离轴数字全息显微系统的相位畸变进行补偿.因为物镜带来的光波曲率差异,预放大数字全息显微系统往往产生附加相位因子.在参考光路中引入相同参考物镜,利用物理方法初步消除因为曲率问题带来的相位畸变.参考物镜加入以后,相位畸变主要来自三个方面.衍射计算时使用数字模拟平面参考光,离轴结构存在空间角,产生一次相位畸变;实际记录到的全息图,参考物镜实验误差导致了残余二次相位畸变;光路中其他光学元件形成像差,无法获取正确的微结构三维形貌.数值上通过多项式对整个相位表面作曲面拟合,利用相位表面与该拟合曲面的差值,提取样品真实相位分布.只用一幅全息图,经过一次多项式拟合便实现了多次相位畸变的自动补偿.以USAF分辨率板作为微结构样品作形貌测量,验证了该方法的准确有效.     

基于莫尔干涉技术相位物体测试系统及其分析

基于莫尔条纹干涉技术,采用傅里叶频谱的分析方法,设计了相位测试系统,导出了不同光强分布对应的莫尔条效方程及光强度分布,给出了相位物体测试系统中两光栅之间的最佳距离.     

单幅相位图的二维位移分离技术与图像处理

提出了利用单幅电子散斑物体变形相位图分离二维分量的方法.传统电子散斑干涉技术测量得到的是物体变形的混合相位场.当物体具有对称变形时,可通过图像处理的方法,获得二维变形的分量值.利用三点加载的简支梁进行了实验,给出了实验结果,验证了该方法的正确性,该方法保持了传统电子散斑干涉系统的简单、稳定、便于应用的优点,并进一步得到了二维场分量的信息.     

基于二次成像的光学图像相位恢复

在杨-顾算法的基础上,提出了一种基于二次成像的光学图像相位恢复算法.根据简化的光学成像系统模型得到了相机二次成像图像之间关系,即两者之间近似满足图像的薛定谔变换关系.利用图像的薛定谔变换和杨-顾算法实现了光学图像的相位恢复.实验结果表明:该算法能较好地重建光学图像,所恢复的相位信息中含有光学图像的一些基本信息.     

基于高阶强度传输方程改进的相位物体层析重建算法

经典的层析成像方法通常只考虑物体的强度重建,往往丢失了包含物体更多信息的相位。强度传输方程作为一种经典的相位恢复算法,能够直接从强度反演出相位。文中提出了一种能够层析重建物体相位信息的新算法,该算法在高阶强度传输方程的基础上进行改进,通过将高阶强度传输方程求解得到的初始相位值代入多平面迭代来降低系统误差,恢复出具有更高精度的相位结果,再经过滤波反投影重建物体的三维相位信息,在反投影重建过程中加入了旋转中心校正的步骤以使重建结果更为精确。实验结果表明,该算法在解决由于强度微分近似约束造成的相位精度低问题的同时,可以获得高精度的物体三维相位重建结果。     

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.     

基于微透镜阵列的光场成像系统

传统成像系统在拍摄过程中需要对目标物体准确对焦,这在拍摄快速变化的物体时显得非常无力.为了克服这一缺陷,本文以Levoy的光场渲染理论为基础,利用光学设计软件ZEMAX在普通成像系统中加入一个微透镜阵列,设计出一个由成像主镜、微透镜阵列和像面CCD探测器三部分组成的光场成像系统,并仿真模拟了光场图像的采集.这样的设计能够同时记录光线的强度和方向信息,对光场图像的后处理以傅里叶切片理论为基础,通过Matlab编程,实现了光场图像的重新聚焦.本文使用普通相机镜头、微透镜阵列和CCD探测器搭建了光场成像实验系统,实验采集光场图像并进行重聚焦处理,实现了三维物体的光场成像,验证了理论及算法的正确性.     

空间编码消畸变投影系统的研究

文章介绍了一种应用光学投影放大原理的光学投影系统,使用此系统可以把彩色编码图投射到被测物体的表面,用于三维物体的测量。该系统与传统投影仪成像原理不同,首先用照相机拍摄彩色编码图,然后将底片通过反置相同的照相物镜,投射到被测物体表面;实验结果表明,采用此方法可以很好地消除畸变,满足成像质量的要求。     

显微鬼成像系统的分辨率研究

传统光学显微镜的分辨率受到波长和物镜数值孔径的限制,难以再有很大的提高.近年来,逐渐发展成熟的鬼成像技术为进一步提高显微成像系统的分辨率带来了新的方法,它通过对探测光路和参考光路信号的关联运算来重建目标物体.本文分析了双臂式显微鬼成像系统各面上的二维光场分布,给出了系统的二阶关联函数并推导出了具体的分辨率公式.通过理论分析和仿真实验,发现系统相比普通光学显微镜能够显著地提高成像的分辨率,并且分辨率随参考臂透镜数值孔径的增大而增大.系统可用于提高光学显微镜或数值孔径受限的光学系统的分辨率.     

基于RGB三通道相位调制彩色编码

本文提出一种具有初始相位信息的RGB彩色编码方法。此法充分利用了彩色图像R、G、B三个分量携带的信息,即对三个分量分别进行相移为-120°、0°、120°的正弦调制,从而代替传统三幅相移法中的三幅相移图。首先投射一幅彩色RGB正弦条纹来调制被测物体的三维信息,摄像机拍得物体表面的变形条纹图,用数字方法把彩色变形条纹分为三幅灰度图像,然后应用三步相移方法获取截断相位,根据编码特征进行解码来指导截断相位的展开,获得展开相位,进而恢复出物体的三维面形。该方法编码稳定,解码方法可靠,只需要拍摄一幅图,就可以较好地重建空间分离物体的三维面形。通过实验证明了该方法的正确性。     

提高结构光三维形貌测量精度的分段拟合滤波方法

在基于结构光的三维形貌测量法中,物体高度调制后的变形结构光场经过成像系统成像,由测量系统获取,并通过滤波,相位测量和解相位恢复出物体的高度信息.其中滤波是提高测量精度的重要环节.本文通过计算机模拟及数据对比证实,在相位测量轮廓术的基础上采用分段拟合滤波滤除噪声的有效性和实用性,并对分段拟合滤波的计算精度和计算误差进行实验模拟分析.     

基于两视图的曲面物体自动建模方法

提出一种基于两视图的曲面物体自动重建方法. 采用基于Haudorff距离的特征匹配技术对图像的正面和侧面中的曲面物体进行匹配,自动获得图像中物体的大致形状及位置信息. 采用基于形状先验的图像分割算法自动地将曲面物体从图像的正面和侧面中分割出来. 利用这两幅图像中获得的侧影轮廓线,实现曲面自动重建和纹理自动提取. 通过真实曲面物体进行重建实验,验证了该方法的可行性.     

基于遗传算法的相位差异技术图像恢复

相位差异技术利用焦面图像和固定离焦面图像信息,联合估计波前相位和目标物体.本文论述了相位差异技术的基本理论,由于其评价函数变量多、非线性、无约束条件、计算量非常大的特点提出了将遗传算法运用于相位差异技术.利用计算机开展了大量的模拟仿真实验,仿真实验结果表明,基于遗传算法的相位差异技术可以较准确地恢复光学系统的波前相位信息和目标物体.设计了一个将相位差异技术运用于成像系统的传感器,验证了相位差异技术提高图像清晰度和计算相位波前的能力.     

改进的动态过程三维面形重建技术

提出一种采用标记条纹进行跟踪的动态过程三维面形重建方法,能有效地解决因成像设备拍摄速度跟不上物体运动速度以及物体表面破裂等问题对动态过程三维面形重建所带来的影响,从而获得物体运动过程中正确的三维面形分布．计算机模拟和实验证实了该种方法的正确性．     

数字散斑相关测量的光学系统设计

本文基于白光数字散斑测量系统,设计了一套轻便小巧,便于固定安装的显微光学系统。针对实现近距离微观测量或应变测量的数字散斑所需显微光学镜头．根据成像原理,设计出了满足需要的与CCD相匹配的显微物镜。本系统设计简单、成本低廉,便于数字散斑相关测量的进一步推广。     

基于小波神经网络的复杂三维物体测量

将小波神经网络引入基于结构光投影的复杂物体三维面形测量.在测量过程中,利用小波函数的时频特性及变焦特性和神经网络强大的函数逼近功能,得到离散条纹图的连续逼近函数,从中解出物体的相位信息,获得物体的三维面形分布.应用小波神经网络,在结构光投影条件下,只需要获取一幅条纹图,便可以完成复杂物体的三维面形测量.该方法相比传统的傅里叶变换轮廓术方法,不存在滤波操作,具有更高的灵敏度,在条纹图存在阴影的情况下,能更准确获得物体的相位信息,更加适用于恢复复杂物体的三维面形.模拟及实验均验证了该方法的可行性.     

频谱扫描的物体面形测量方法研究

根据正弦投影栅成像及其傅里叶变换的特点,提出了一种利用频谱扫描测量物体面形的方法．使用CCD摄像机采集一幅待测物面的图像,利用傅里叶变换法求出其空间频谱．扫描频谱图,确定参考平面投影栅线的空间频率,进而利用余弦函数模拟参考平面上的投影栅线分布．由待测物面上和参考平面上投影栅线的相对变形可求出物体的高度场分布．该方法不需要相位分布测量,也不需要解包裹运算,只需一幅图像即可实现物体的面形测量．笔者介绍了该方法的原理并进行了实验验证,给出了实验过程和实验结果．实验结果表明,该方法可实现物体面形的快速识别,有自动化程度高、计算速度快、对环境要求更低的优点．     

基于4f系统的数字全息表面三维形貌恢复技术

提出一种用于表面三维形貌恢复的数字全息显微方法．通过记录经4f系统放大的物体实像的离轴菲涅尔数字全息图，由数字再现技术获得物体的放大像，由此计算出物体相位反差像，从而得到物体的微观形貌．实验结果表明当物体位于4f系统的前焦面时，可以消除相位信息中的附加相位因子，不需相位补偿即可获得准确的表面三维形貌信息．     

多角度倾斜光调制下的相位恢复技术

基于强度传输方程的非干涉相位恢复技术可以通过求解方程从强度测量中计算出丢失的相位信息.但在实际成像中,成像系统中透镜孔径的限制会对恢复相位的分辨率产生一定的影响.为此,文中将倾斜光照的思想引入到基于强度传输方程的相位恢复中,在空间光调制器上加载调制函数,将平面波以不同的波矢倾斜入射到物体上,使透镜孔径的通带覆盖不同的频率空间.对这些通带所覆盖的场进行求和,从而获得具有更大通带的合成场,以提高系统在高频领域的成像能力.分别构建了基于4f和单透镜的多角度倾斜光调制系统,并由系统采集的强度图像结合强度传输方程求解出相位结果.实验结果表明,文中提出的方法在有效提高恢复相位分辨率的同时保证了恢复相位的精度.     

近程毫米波合成孔径辐射计被动测距原理

毫米波合成孔径技术利用了物体自身辐射电磁波的相位信息,采用很少阵元就能实现实时成像,但目前合成孔径技术只是限于亮温成像,缺少了目标的距离信息,这对于目标探测与识别很不利。提出在近程条件下合成孔径被动测距原理和相应的双正交傅立叶变换算法,并给出了近程距离分辨率公式,近程成像的特点是成像公式中存在二次相位因子,而且距离分辨率和距离的平方成反比。毫米波合成孔径被动成像可以同时得到物体辐射的亮温分布和距离分布,能够有效克服离焦引起的图像模糊,对图像的反降晰和目标识别具有重要意义。