基于SIFT特征检测和三次插值样条的快速曲面重构算法

针对传统的曲面重构算法一直存在重构精度低、效率差的问题,提出一种新的快速曲面重构算法。基于三次插值样条和改进SIFT特征检测和匹配方法,先对二维图像预处理后,检测其边界点并且拟合,然后将区域按四个象限进行分区,用三次插值样条边界进行曲面重构,同时结合改进的SIFT特征检测和匹配方法检测各个区域曲面边界的特征点,然后再进行匹配拼接。实验结果表明,该算法得到曲面模型的时间效率有很大的提高,并且曲面效果好,光滑、平顺。     

高分辨力哈特曼传感器的快速波面重构和拼接

建立哈特曼传感器的模型,证明在高空间分辨力下,可以采用Hudgin模型进行波面重构,避免了采用Fried模型带来的复杂性。对哈特曼子孔径缺失破坏连续性的问题进行了分析,介绍了相应的边缘处理算法。完成了基于离散傅里叶变换的波面重构算法数值模拟,实现了波面的无损重构。针对实际应用中输入波面在被遮挡处不连续的问题,提出了基于最小二乘解的拼接方案,实现了非连续波面拼接。分析了影响波面重构速度的主要因素,提出了提高波面重构性能的方法。     

基于改进的FAST-SURF快速图像拼接算法

针对SURF（speeded-up robust features）算法计算量大、图像拼接效率低的不足,以FAST （features from accelerated segment test）角点取代SURF斑点在图像重合区域提取特征点,使用SURF描述子进行特征点描述,通过描述子降维、自适应最近邻与次近邻比值法、几何约束法剔除错误匹配点,提高匹配的准确性。匹配完成后,通过减少样本集的个数和舍弃不合理参数模型来改进RANSAC（random sample consensus）方法,获取单应性矩阵,最后进行图像变换、融合和拼接。实验结果显示,该图像拼接算法与传统的SURF算法相比,图像拼接总时间减少了12%,拼接效率得到了显著提高。     

Two-frame phase-shifting interferometry for retrieval of smooth surface and its displacements

A new two-frame interferometric method with a blind phase shift of a reference wave is proposed for the reconstruction of smooth surface relief areas. In this method, a correlation approach based on the determination of correlation coefficient between intensity distributions of two interferograms is applied for the phase shift extraction. An algorithm for this method realization is developed and its performance is verified on test surfaces. An experimental setup containing a Twiman-Green interferometer was used in the reconstruction of smooth surfaces of metal specimens using the developed algorithm. Surface displacement phase fields were generated in case of a CT-notched specimen made of an aluminum alloy by the interactive procedure of element stitching of two surface reliefs and subtracting the surface relief after cyclic loading from the initial one. The received surface displacement fields allow us to determine the studied specimen fatigue process zone (FPZ) and FPZ size.     

大口径光学平面的子孔径拼接检验研究

研究了检测大口径光学平面的子孔径拼接法。通过采用最小二乘法对相邻两个子孔径重叠区域的数据进行分析,获得了子孔径之间的拼接参量,得到了被检验镜面的整体面形信息。编制了拼接检验的计算程序,并完成了原理性实验。采用一台口径为100mm的移相干涉仪检测了两个样品,给出了拼接检测与全口径检测的对比结果。样品的口径分别为100mm和91mm。对比检测结果表明,拼接检测与直接检测两种方法的RMS之差小于5nm。     

基于小波变换的拼接重叠区域融合方法

为了解决大口径光学元件面形高精度测量问题,建立了拼接测量系统,通过测量得到整体表面面形。在拼接测量过程中,需要将待测面形进行划分,按着一定的顺序进行测量,再根据各个子口径之间的相对位置进行拼接。各个子口径存在重叠部分,采用均化的处理方法会导致高频面形数据的丢失。采用小波变换的拼接重叠区域融合方法可以减少高频数据的丢失。首先,对各个子口径的重叠区域分别进行小波变换得到低频和高频系数矩阵;然后,根据不同的方法对低频和高频系数矩阵进行融合得到新的系数矩阵;最后,通过小波逆变换得到整体面形。对尺寸为120 mm×40 mm的长方形反射镜面形进行拼接干涉测量,并用功率谱密度对本文方法和平均融合结果进行客观比较。实验结果表明,该方法可以保留更多的高频面形数据。     

基于子孔径拼接原理检测大口径光学元件

 为了实现小口径干涉仪对大口径光学元件的低成本、高分辨力检测,可采用子孔径拼接方法。在对拼接算法进行改进的基础上,开发了拼接检测软件;建立了一套拼接检测系统,开展了大口径平面光学元件的子孔径拼接检测实验研究。利用9个60 mm×60 mm子孔径拼接来检测120 mm×120 mm的光学元件,检测结果表明:峰谷值误差为2.37%,均方根值误差仅为0.27%。     

非相干照明条件下的ptychographic iterative engine成像技术

在传统多波长相干衍射成像理论的基础上提出适用于 X-射线和电子束等非相干光源照明成像的改进多波长ptychographic iterative engine 方法, 同时将小孔形状和照明光谱信息用于叠代计算, 可以在非相干照明条件下精确重建出物体的强度透射像和相位透射像, 并对光源带宽对重建精度的影响进行了分析, 对于解决如何在非相干照明条件下对大尺寸物体进行精确相位成像的问题具有较好的科研和实用价值.     

支持向量回归算法在光纤光栅非均匀应变重构中的应用

当布拉格光栅轴向存在大的应变梯度时,其反射光谱的形状会被扭曲.甚至出现多峰,发展非均匀应变分布重构方法对于结构健康监测技术具有重要意义.但采集反射光谱时的测试噪声会显著影响应变分布重构的精度.为此,提出了采用支持向量机对含噪的反射光谱进行回归预处理,并运用适应度排序改进的遗传优化算法结合传输矩阵反射光谱构建方法识别布拉格光栅轴向非均匀应变分布的方法.该方法将反射光谱视为时间序列.利用支持向量回归的全局优化和泛化能力进行噪声抑制.从而回归出有效的反射光谱;通过传输矩阵方法将光栅轴向应变分段均匀化,利用改进的遗传算法进行并行重构.对多种应变分布形式下的应变重构进行了仿真研究,结果表明,支持向量机方法可以有效地进行反射光谱同归,提高非均匀应变分布重构的精度.     

Spline based least squares integration for two-dimensional shape or wavefront reconstruction

In this work, we present a novel method to handle two-dimensional shape or wavefront reconstruction from its slopes. The proposed integration method employs splines to fit the measured slope data with piecewise polynomials and uses the analytical polynomial functions to represent the height changes in a lateral spacing with the pre-determined spline coefficients. The linear least squares method is applied to estimate the height or wavefront as a final result. Numerical simulations verify that the proposed method has less algorithm errors than two other existing methods used for comparison. Especially at the boundaries, the proposed method has better performance. The noise influence is studied by adding white Gaussian noise to the slope data. Experimental data from phase measuring deflectometry are tested to demonstrate the feasibility of the new method in a practical measurement.     

Measurement of large aspheric surfaces by annular subaperture stitching interferometry

A new method for testing aspheric surfaces by annular subaperture stitching interferometry is introduced.It can test large-aperture and large-relative-aperture aspheric surfaces at high resolution, low cost, and high efficiency without auxiliary null optics. The basic principle of the method is described, the synthetical optimization stitching model and effective algorithm are established based on simultaneous least-square fitting. A hyperboloid with an aperture of 350 mm is tested by this method. The obtained peak-to-valley (PV) and root-mean-square (RMS) values of the surface error after stitching are 0.433λ and 0.052λ (λis 632.8 nm), respectively. The reconstructed surface map is coincide with the entire surface map from null test, and the difference of PV and RMS errors between them are 0.031λ and 0.005λ, respectively.This stitching model provides another quantitive method for testing large aspheric surfaces besides null compensation.     

激光聚变中存在吸收的图像重建

提出了一种处理激光等离子体中含吸收的图像重建方法,且运用最大熵原理推导出适用于含吸收的重建算法,采用不同的图像实例进行模拟计算,结果表明采用吸收校正方法的精度明显高于不考虑吸收校正的精度。     

子孔径拼接中系统误差的修正方法

为了提高大口径光学元件子孔径拼接测量的检测精度,提出一种平面绝对测量技术,修正子孔径拼接过程中产生的系统误差。利用改进的三面互检法获得参考平面的面形数据,采用这些测量数据构建基于Zernike多项式的参考面面形误差修正波面,在拼接过程中运用误差修正波面对获得的子孔径测量数据进行实时修正,并与全口径直接测量结果进行对比,结果PV（peak value,PV,峰谷值）误差从0.072 1 减少到0.028 6 。结果表明该方法有效减少了参考平面系统误差对拼接测量精度的影响,提高了大口径光学元件的检测精度。     

一种改进的基于小波方向对比度的无缝拼接算法

为了提高图像无缝拼接效果,对现有平滑算法进行分析,在此基础上提出一种基于小波方向对比度的中缝平滑算法。该算法首先对源图像进行基于统计参数的预处理,使得图像整体亮度趋于一致,然后利用小波变换对图像进行多分辨率分解,对于分解后的图像提出采用一种基于改进的小波方向对比度的规则进行平滑处理。文中还通过几种图像客观评价标准对仿真结果进行了评价,结果表明：该方法在两图像灰度相差较大时也能够取得较好的平滑效果,对光照具有鲁棒性,并且平滑后的图像可以保留原始图像的细节信息,使得图像在保证清晰度的前提下达到无缝拼接。     

图像局部特征自适应的快速SIFT图像拼接方法

针对目前图像拼接中计算量较大、实时性较差的问题,本文提出了一种图像局部特征自适应的快速尺度不变特征变换(SIFT)拼接方法。首先,对待拼接图像分块,确定图像局部块的特征类型;接着自适应采用不同的简化方法提取各局部块的特征点。然后,通过特征匹配求出变换矩阵,并结合RANSAC算法去除伪匹配对。最后,通过图像融合得到最终的拼接图像。文中使用提出的方法对3组待拼接图像进行实验。从实验结果可以看出:与标准拼接方法相比,本文改进方法的计算速度提升了30%~45%。因此,这种方法能够在保证图像拼接质量的前提下,有效提高图像拼接的效率,克服图像拼接中计算复杂度高的问题,在实际图像拼接中具有一定的应用价值。     

Hartmann－Shack传感器结构参量的自基准标定

提出一种标定Hartmann Shack波前传感器结构参量的新方法,通过基于Zernike多项式的模式复原算法推导出公式,结合实验手段获得相应数据,处理后得到微透镜阵列到CCD之间的距离.该方法有效改善了以微透镜焦距代替实际参量计算斜率引入较大误差的状况,在降低传感器装配准确度要求的同时,提高了Hartmann Shack波前传感器的探测准确度.经实验验证该方法在一般实验条件下即可获得满意效果.     

子孔径拼接法检验大口径光学镜面精度分析

介绍子孔径拼接检测大口径光学镜面的原理，即用小口径的平面干涉仪检验大口径平面的一部分，通过改变2者相对位置获得覆盖到整个被检验镜面的子孔径检测数据。提出利用最小二乘法对相邻2个子孔径重叠部分的检测数据进行计算来确定实际所有子孔径之间的位置关系，进而得到拼接而成的整体面形信息。并对子孔径拼接成的面型与实际面型的误差进行分析，建立了对子孔径拼接全口径波面恢复精度的评价指标。根据子孔径拼接原理完成了实验，并对多组子孔径数据拼接后的波面恢复精度进行了分析。实验证明，子孔径拼接检测大口径光学元件综合误差小，重复精度高。     

基于灰度校正的子孔径图像拼接算法

在多探测器子孔径组合图像拼接过程中。由于子图像边缘质量差、重叠区域少,而造成拼接图像拼缝明显。为此提出了先对子图像进行灰度校正,再进行图像拼接的新算法。该算法结构简单．易于硬件实现。便于移植到实时多探测器组合图像拼接系统中。仿真结果表明．拼接后图像重叠区平滑过渡,效果良好。     

变形镜高斯函数指数对迭代法自适应光学系统的影响

基于613单元自适应光学系统, 描述了迭代矩阵和斜率响应矩阵的特性. 在变形镜驱动器间距和交连值不变的情况下, 研究了变形镜高斯函数指数对迭代矩阵和斜率响应矩阵稀疏度的影响, 对自适应光学系统稳定性和校正能力的影响. 研究表明, 迭代矩阵和斜率响应矩阵的稀疏度随着变形镜高斯函数指数的增大而减小. 高斯函数指数过大或者过小都会影响自适应光学系统的稳定性和校正能力. 最后, 综合迭代矩阵和斜率响应矩阵的稀疏度、自适应光学系统的稳定性和校正能力, 给出了合理的变形镜高斯函数指数的取值范围.     

外视场拼接测量系统的视场拼接和交汇测量算法及其实现

基于2台外视场拼接高速电视测量仪原型样机（硬件）提出了一种将交汇测量和拼接处理相结合的算法。根据需要对地球质心和光电测量系统建立了5个坐标系,介绍了坐标系的定义及其它们之间的变换过程,给出了目标轨迹交汇测量和视场拼接的实例。用2台高速电视测量仪拼接的8台测量相机同时对同一运动目标进行测量,对获得的测量数据进行交汇和视场拼接处理,结果显示提出的拼接算法是正确、有效的,可以得到唯一解;地球曲率半径和地球子午线收敛两项影响因素得到了完全修正,表明交汇测量算法完全可以推广到其它光电测控仪器的交汇测量。