基于光强迭代的单幅干涉图相位提取方法

提出了一种基于光强迭代的单幅干涉图相位提取方法,实现了对单幅干涉条纹图的高精度相位提取。首先通过对原始干涉图进行预处理得到初始相位;将初始相位引入到干涉条纹图的强度表达式中,利用最小二乘法初步得到背景光和调制光;再将初步估计的背景光和调制光代入最初干涉图的强度表达式中以求解待测相位,比较得到的待测相位和初始相位,若不满足迭代精度要求,则重复上述相位求解过程并实现迭代,若求解的相位与初始相位的均方根差值满足收敛条件,则停止迭代。进行仿真和实验研究,得到的Φ100 mm口径平面元件的测量提取结果与实际相位一致。结果表明,该方法在具有较高检测精度的同时能够有效地保证算法的稳定性。     

基于统计分析方法的同步移相干涉图位置配准

使用同步移相干涉仪重建波前相位时,需要对移相干涉图进行准确的位置配准和目标区域确定以保证重建精度和相位解缠绕算法的成功实施。提出一种基于统计分析方法的圆形域同步移相干涉图位置配准技术,对一组包含不同相位分布的干涉图按照对应像素位置进行方差分布函数计算;利用最大组间方差法完成阈值分割,从而分离出干涉图像的背景与目标区域,通过梯度运算检测出目标区域的轮廓;利用改进Hough变换算法估计出各个轮廓的绝对位置和半径参数。数值仿真结果表明,当轮廓半径大于64pixel时,该方法的配准精度可以达到0.5pixel。通过建立自参考同步移相干涉仪对该方法的可靠性与实用性进行实验验证。     

一种简单有效的处理有限条纹全息干涉图的方法

本文介绍了一种简单有效的处理有限条纹全息干涉图的方法.这种方法不用对干涉图进行二值化处理,而在干涉图预处理的基础上直接用Hildtch或Pavlids细化算法对干涉图直接细化.预处理过程中,考虑到条纹边缘近似的屋顶状特性,采用一特殊的二次微分算子对干涉图进行卷积运算.这种方法由于避免了二值化处理的过程,它对于处理由于光源不均匀或吸收散射等原因引起的象面照度不均匀和条纹对比度变化较大的干涉图具有现实意义.     

基于加权最小二乘法的干涉图校准方法

针对现有干涉图校准方法的不足，提出了一种基于加权最小二乘法的干涉图校准方法。根据干涉图中标准件边缘与干涉条纹边缘之间的差异，用合适大小的掩模对标准件的边缘进行初步判定和提取，再利用加权最小二乘法对提取出的边缘进行精确定位。通过计算标准件中已知尺寸部分在干涉图中所占据的像素数目，求出每个像素代表的实际距离，完成校准。实验表明，该方法的计算耗时较霍夫变换法减少一半，定位精度小于1个像素，且适用于不同对比度的干涉图，具有很强的实用性。     

基于方向图变换的快速不连续相位展开

几何突变导致的相位不连续一直是相位展开中具有挑战的问题。针对这一问题,提出基于方向与变换的快速不连续相位展开算法。在提出的算法中,利用图像的结构张量估计包裹相位图的方向,将方向图进行变换和差分计算得到的可靠的权重系数图作为加权最小二乘法的权重,并使用预处理共轭梯度法迭代求解。该算法可以快速地找出不连续位置,并在不连续分割后的区域进行单独的相位展开,具有很好的识别和展开效果。详细地描述了算法的原理和实现步骤,并对算法进行仿真和实验数据验证。实验结果表明:其相位展开的均方根误差为0.36,证明该算法能够快速、准确地对不连续的包裹相位进行展开。     

一种新的基于线性载波延拓的相位展开方法

提出了一种利用线性载波对不连续相位图进行延拓后相位展开的方法。首先,通过傅里叶变换法确定载波频率;然后,用最小二乘法确定与相位图相匹配的线性载波对背景、遮拦区域进行延拓;最后,采用经典的相位展开算法对延拓后的相位图进行展开。实验结果表明,对于包含较大线性载波的不连续干涉图,延拓后相位展开结果避免了各区域间的全局误差;计算机模拟结果表明,对于包含较小线性载波或不含载波的不连续干涉图,经过线性载波调制后,使用该方法得到相位展开结果与真实波面均方根差仅为0.0021 rad,不存在全局误差。     

双边带付里叶交换方法的改进

本文提出了一种利用单边带算法来计算双边带干涉图的付里叶变换方法,给出了它对理论上模拟的干涉图函数和实际干涉图的变换结果。并将此结果同双边带方法以及传统的单边带方法(Forman法)的变换结果进行了比较,结果一致性很好,而且其计算速度比双边带和Forman法快,并保持了噪声的线性随机性,因而这种新方法具有较大的实用价值。     

二帧变换光源阴影莫尔技术研究

为了快速测量物体表面三维轮廓,提出一种变换光源位置的相移阴影莫尔技术.该方法通过控制两个光源的亮灭,将相移引入测量视场.使用二维经验模式分解法对条纹图进行正则化,结合螺旋相位变换方法和二帧相移算法对测量高度进行估计,利用发展的迭代自调算法提取精确测量相位.计算机仿真和光学实验结果表明,该方法的解调准确度优于现有的二帧相移解调算法,同时,由于消除了测量过程中必要的机械运动,只需要二帧条纹图进行相位解调,节约了测量时间.     

欠采样包裹相位图的展开算法

利用四种常见算法对由球面参考光像面数字全息显微术得到的中药饮片海金沙细胞的包裹相位图进行了相位解包裹。结果表明:基于离散余弦的最小二乘算法和预条件共轭梯度算法会使欠采样区域的误差进行传递,使得解包裹相位产生较大误差;质量图导向路径跟踪算法由于未识别残差点,导致出现拉线或者孤岛区域,而且处理速度很慢;基于横向剪切干涉的最小二乘算法处理欠采样包裹相位图的效果最好,而且处理速度较快。     

基于希尔伯特变换的干涉条纹相位解调新算法

提出了一种新的应用希尔伯特变换解调干涉条纹相位的算法,可以从单幅干涉条纹图中解调出全场相位分布.在实际应用中,常借助傅里叶变换实现希尔伯特变换算法,但是会忽略负频率成分,造成相位信息的丢失.对于相位分布非单调变化的干涉条纹,提出了一种判断函数,用来计算相位信息零频率点的分布.利用相位的零频率点分布构造了一个二元模板,使用该模板对本文提出的两次希尔伯特变换法产生的包裹相位图进行修正.对修正后的包裹相位图进行解包裹处理,可以得到连续的全场相位分布.对该方法用计算机模拟进行了验证.     

基于插值法波面拟合的球面光学元件检测

为了实现在线自动化检测球面光学镜片的面形偏差,在已有的光学检测系统基础上,对光学检测系统采集的干涉图样进行图像处理和波面拟合算法研究。首先对干涉图样预处理,再根据球面光学镜片大多是圆形孔径,对预处理后的干涉条纹通过最小二乘法拟合出干涉图样的圆边界,确定数据取值边界点的中心和半径值;然后采用Multi-quadric函数插值法拟合出波面的面形轮廓,计算波面的峰谷偏差EPV值及均方根偏差ERMS值;最后用上述方法对Zygo干涉仪采集的干涉图的处理结果与Zygo干涉仪测试结果进行比较分析。结果表明:通过边界处理可有效提高波面拟合精度,采用multi-quadric函数插值法拟合可以理想的还原出波面,且测量误差与国标相比能够控制在0.2的误差范围内,与Zygo干涉仪检测结果相比可以控制在0.03误差范围内,都能够满足球面光学镜片在线检测的精度要求。     

Bidimensional near-field sampling spectrometry

We report on a concept of compact optical Fourier-transform spectrometer based on bidimensional (2D) spatial sampling of a confined interferogram. The spectrometer consists of a nanostructured glass surface on which two light beams interfere in total internal reflection. Subwavelength spatial sampling of the interferogram near field is achieved by introducing a tilt angle between a 2D array of optical nanoantennas and the interferogram pattern. The intensity distribution of the scattered light is recorded on a 2D CCD camera, and a one-dimensional Fourier transform of the interferogram is used to recover the input light spectrum. Experimental results show a wide spectral bandwidth in the visible range, down to 380 nm, with spectral resolution of 1.6 nm around 780 nm.     

空间外差光谱仪干涉图数据处理

空间外差光谱技术是一种新型的超分辨光谱技术。介绍了空间外差光谱仪的基本原理,并针对其特点提出了干涉图数据处理的方法。首先通过一阶差分对干涉图进行去基线处理,然后使用三角函数作为切趾函数对干涉图进行切趾,并对傅里叶变换光谱进行相位校正,最后采用已知双线光源对空间外差光谱仪原理试验装置进行波长定标。文章以Na双线与Hg谱线进行波长定标,得到了波长定标曲线。通过以上的方法对空间外差光谱仪干涉图数据进行处理,能有效地提高干涉图反演光谱的精度。     

基于干涉图匹配的目标识别技术

 干涉光谱技术的优点是可以获取高分辨率的目标光谱图,再通过光谱匹配,可以实现目标的识别和分析,但它须经过从干涉图到光谱图的傅立叶变化过程。针对快速目标识别的应用,提出了基于干涉图匹配的光谱识别技术。在干涉光谱探测设备得到目标干涉图后,通过对其干涉图的匹配操作,可以确定待识别目标和期望目标的相似程度。由于目标识别中省去了傅立叶变化,使目标光谱识别的速度得到了提高。仿真计算结果表明,干涉图匹配技术从理论上是完全可行的。     

非均匀采样干涉数据光谱反演技术研究

干涉光谱成像仪获取的干涉数据是一种中间数据,需要进行光谱反演才能够得到目标光谱数据,傅里叶变换方法是常规的光谱反演方法。由于干涉数据中存在非均匀采样问题,若忽略光谱混叠,直接采用快速傅里叶变换会导致反演光谱的失真,难以满足实时处理需求。针对非均匀采样干涉数据的光谱反演需求,将插值及非均匀快速傅里叶变换(NUFFT)方法应用到光谱反演处理中,对过采样及部分欠采样情况下的非均匀采样干涉数据,提出了相应的光谱反演方法,并分析了方法的适用性。最后对过采样及部分欠采样情况下的光谱反演方法进行计算机仿真,过采样情况下采用NUFFT方法反演光谱的精度要明显高于插值方法,而部分欠采样情况下插值方法反演光谱的精度要明显高于NUFFT方法,并对欠采样造成的光谱混叠有一定的修正,验证了方法的有效性。     

计算流动显示技术(CFI)在自然对流流场测量中的应用

计算流动显示(CFI)技术通过利用仿真光测实验中光束的运动规律与光学干涉测量方法的数学模型,并根据计算流体动力学(CFD)的结果,获得仿真的光学干涉图像。本文通过计算机模拟数字散斑干涉中激光光束的运动规律得到了封闭方腔中空气自然对流的CFI光学图像,并将此仿真光学图像与实验得到的图像进行对比,指导实验的进行和自然对流中测试参数的计算。     

空间采样傅里叶变换光谱仪光谱反演研究

根据相似性准则,对采集到的干涉图像进行干涉图元的拆分,通过寻址定位,得到与离散光程差序列相匹配的采样干涉图序列。采用过零采样方式,对大单边干涉图序列与小双边干涉图序列利用不同的窗函数进行切趾。为了校正相位误差,结合所研究采样干涉图的特点,对频域光谱乘积校正和空域干涉图卷积校正进行了研究和改进,获得了比较理想的光谱线形,其中空域干涉图卷积校正后的光谱偏差仅为0.012088,具有最好的校正效果。     

基于样本块匹配的干涉图延拓方法

在快速傅里叶变换(FFT)方法处理单幅干涉图原理的基础上,提出一种基于样本块匹配的干涉图延拓方法,利用干涉图像的可信度和等照度线特征,来确定待填充块的优先权,然后在干涉图的已知区域寻找与待填充块最相似的样本块来进行填充。充分利用了干涉图的条纹特征,结合梯度变化方向有效地合成纹理信息,具有很好的延拓效果。最后将该干涉图延拓方法与傅里叶变换,合适的滤波函数和相位解包方法结合起来形成整套单幅干涉图处理方法。采用该单幅干涉图处理方法获得的波面峰谷值与Zygo移相干涉仪得到的平均相差不到λ/100,并且两种方法获得的波面均方根值平均相差不到λ/200。     

The measurement of 3-D asymmetric temperature field by using real time laser interferometric tomography

A real time nondestructive temperature measurement technique based on laser holographic interference tomography technique is presented. An He–Ne laser is used as light source, and a CCD video camera is used to grab the interferogram. This laser holographic tomography technique is applied to the measurement of the temperature fields generated by two heated rods. Since data error is inevitable in engineering measurement, it is necessary to study the reconstruction techniques for reconstructing the temperature field. Three techniques including convolution back projection (CBP), algebra reconstruction technique (ART) and simultaneous iterative reconstruction technique (SIRT) are studied. Based on the reconstruction techniques and experimental situation, ART is used to reconstruct the asymmetric temperature fields. The thermocouples are used to measure the temperatures of the two heated rods. Comparing the reconstructed result with the measured temperature value, a satisfactory result is obtained.     

Accurate carrier-removal technique based on zero padding in Fourier transform method for carrier interferogram analysis

Based on interferogram zero padding and fast Fourier transform (FFT) methods, an effective, straightforward and stable carrier-removal approach in Fourier transform (FT) based method for carrier interferogram analysis is proposed. The spatial carrier interferogram is firstly extrapolated by zero padding method, and the carrier-frequency values within a small fraction of an integral (or a pixel) are estimated from the extrapolation interferogram with FFT method. Then the carrier-phase component is removed by subtracting a pure carrier-frequency phase constructed by the estimated carrier-frequencies in the spatial domain. Numerical simulations and experiments are given to demonstrate the performance of the proposed method and the results show that the proposed method is effective and stable for suppressing the carrier-removal error in the FT method for carrier interferogram analysis.