目标图像长宽比对Vander Lugt相关器特性的影响

分析了使用VLC进行光学相关识别时目标图像长宽比的变化对匹配滤波器畸变容限和输出相关峰值的影响。利用非约束纯相位匹配滤波器算法和迂回相位编码方法设计匹配滤波器,对具有确定面积和透过率而长宽比不同的矩形目标进行光学相关识别。模拟和实验结果表明：随着目标图像长宽比增加,匹配滤波器畸变容限减小,相关峰值降低。VLC更容易识别长宽比趋近1的目标图像。     

水下光束漂移激光图像抗畸变识别

针对水下激光传输存在光束漂移现象,分析了光束漂移图像对光学相关识别的影响和帧间光束漂移图像噪声的不相关性。研究了抗畸变匹配滤波器设计,提出了基于相位匹配的畸变图像共同特征提取,并作为综合鉴别函数子特征的训练样本,设计了抗畸变综合鉴别匹配滤波器,并进行了仿真验证。Matlab仿真结果证明:抗畸变综合鉴别匹配滤波器设计,结合待识别图像随机散射噪声预滤波,可有效提高光学相关识别输出相关峰的峰值-相关能量比值和相关峰鉴别率值。     

基于背景噪音谱分析的匹配滤波器设计研究

在空间匹配滤波器设计过程中,为抑制输入场景中背景噪音对输出相关平面上相关点的影响,通过比较匹配滤波函数和背景噪音的傅里叶谱,根据两者差值的量级对匹配滤波函数的振幅进行非线性调制,在匹配滤波过程中使设计的空间匹配滤波器对强噪音的傅里叶谱处透过率降低,而尽量保持输入图像傅里叶谱的高透过率,从而增加输出相关平面上的信噪比,实现相关点的正确探测。计算机模拟和实验结果表明：与纯相位匹配滤波器相比其抗噪能力得到较大改善。     

非约束纯相位空间匹配滤波器设计研究

根据非约束相关匹配滤波器和纯相位匹配滤波器的概念,分析了非约束纯相位匹配滤波器的特性及其在光学相关识别中的应用,并与其他典型纯相位匹配滤波器进行了比较.模拟和实验结果表明,非约束纯相位匹配滤波器具有畸变容限大、相关峰高、算法简单的特点.用于光学相关识别是一种实用的空间匹配滤波器算法.     

常规综合鉴别函数的改进

针对常规综合鉴别函数制作的复合匹配滤波器，对不同旋转角度的训练样本输出的相关峰值波动性较大，不便于后续探测和处理等问题，对常规综合鉴别函数到编码匹配滤波器的编码转化过程进行分析，找到导致相关峰值波动的原因，提出改进方法，即在计算综合鉴别函数的线性组合系数时将编码运算也考虑进去，并根据滤波器对各训练样本相关峰值的倒数来确定线性组合系数。计算机仿真结果表明：改进后的方法降低了复合滤波器对不同旋转角度样本输出相关峰值的波动性，提高了相关峰自动判别的准确性。     

光学空间滤波过程的计算机仿真

提出了一种利用MATLAB软件并通过计算机仿真光学空间滤波实验过程的新方法.其特点是:既可以随意改变所设计滤波器的参量,又可以对输入图象进行振幅、相位或复合滤波,并且可实现傅里叶变换频谱中相位信息的提取、存储和利用,因而能够完成一般光学实验中往往难以实现的某些操作.并分别给出了网格滤波、低通、高通及相位滤波等仿真实验结果.这种仿真实验给光学滤波器的设计和图象处理带来很大方便,同时也为相关器件的设计提供了一条新的途径.     

振幅补偿匹配滤波中的旋转和尺度变化效应

本文研究了振幅补偿匹配滤波的旋转效应和尺度变化效应.计算机模拟的结果表明,这种滤波法对输入信号的旋转变化和尺度缩放变化,相对于传统的匹配滤波法及仅相位滤波法要敏感得多.文中还给出了这三和滤波下的相关峰值与旋转角度及尺度因子的关系曲线.     

介质膜滤波器色散特性的研究

采用信号处理的方法,对介质膜滤波器的滤波特性进行了详细的研究。介质膜滤波器是最小相位滤波器,它的幅度响应与相位响应之间存在希尔伯特变换规律,因此可以通过它的幅度响应重构它的相位响应,进而可以得到它的色散特性。为了验证理论分析,设计了射频调制法测试介质膜滤波器群速度延时的实验装置。实验测试了一个100GHz33信道的介质膜滤波器的群速度延迟。通过对实验结果与理论计算结果的对比分析,发现实验数据与理论分析吻合得比较好。最后,对介质膜滤波器的色散的特点进行了分析。     

光电混合相关识别系统中匹配滤波器缩放比例的确定方法

在光电混合匹配滤波相关识别系统中,由于输入图像的频谱与匹配滤波器的形成方式不同,不能直接实现对应频率成份的准确对准。这个问题需要通过对匹配滤波器进行缩放来解决。根据透镜的傅里叶变换性质和计算全息理论,分别推导出输入图像的频谱的表达式和滤波空间光调制器加载了匹配滤波器后的透射函数的表达式,并根据这两个表达式得到匹配滤波器的缩放比例的公式,然后在实际的光学识别系统中对根据该公式计算的缩放比例进行了验证。实验结果表明,在该缩放比例下,相关峰的质量有较大改善,这说明此时输入图像的频谱与匹配滤波器对应频率成份实现了较好地对准。     

2f光电混合匹配滤波相关识别研究

提出一种光电混合匹配滤波相关识别方法,只用一个空间光调制器实现了匹配滤波相关识别。利用计算机完成匹配滤波器的设计以及匹配滤波器与输入目标频谱的卷积运算,根据最小欧氏投影编码原理将卷积结果转化为空间光调制器可以显示的灰度信号,再通过2f光学傅里叶变换系统,得到相关识别结果。实验结果表明,该方法可以得到明显的相关点,同时可以避免传统VLC中匹配滤波器的精确复位问题,而且该系统还可以应用于联合变换相关识别。     

相位编码光学加密算法的扩散及混淆特性分析

为了阐明相位编码光学加密算法的扩散及混淆特性,基于傅里叶变换位移定理,从分组密码设计准则出发,以双随机相位光学加密算法为研究对象,分析了采用单个随机相位模板的2 f系统的扩散和混淆特性。将单随机相位加密过程分解为2个相互关联的过程,结果表明,傅里叶变换在加密算法中引入了混淆操作,而傅里叶变换结合随机相位模板实现了扩散操作。通过数值模拟对上述理论分析进行了验证,引入信息熵来评价加密图像的统计分布特性,进一步分析了菲涅尔域及分数阶傅里叶变换域随机相位加密算法的扩散混淆特性。研究表明,单随机相位加密和双随机相位加密图像的信息熵分布为7.038和7.157,而随机振幅加密图像信息熵为4.521。因而,随机相位加密算法比随机振幅加密算法能实现对信息更好地扩散。     

基于相位编码的畸变不变联合变换相关器的设计

采用综合鉴别函数(SDF)的方法合成几个子参考图象,用于解决畸变不变识别问题.通过相位编码技术和对联合功率谱的振幅调制,缩小了零级相关峰的宽度,锐化了相关峰,消除了多目标输入时各目标图象之间的互相关项和参考图象及各目标图象之间的共轭相关项,增强了对目标定位和识别的能力,最后给出计算机模拟结果.     

Unequally spaced four levels phase encoding in holographic data storage

Holographic data storage system is a candidate for the information recording due to its large storage capacity and high transfer rate. We propose an unequally spaced four levels phase encoding in the holographic data storage system here. Compared with two levels or three levels phase encoding, four levels phase encoding effectively improves the code rate. While more phase levels can further improve code rate, it also puts higher demand for the camera to differentiate the resulting smaller grayscale difference. Unequally spaced quaternary level phases eliminates the ambiguity of pixels with same phase difference relative to reference light compared to equally spaced quaternary levels. Corresponding encoding pattern design with phase pairs as the data element and decoding method were developed. Our encoding improves the code rate up to 0.875, which is 1.75 times of the conventional amplitude method with an error rate of 0.13 % according to our simulation results.     

用于光学图象加密的分数傅里叶变换双相位编码

作者提出了一种用于图象加密的基于分数傅里叶变换的双相位编码技术.该方法由于密钥比传统的编码技术增加两重,因而其安全性有所改进.     

分数傅里叶变换计算全息

在计算全息和分数傅里叶变换的基础上提出了不对称分数傅里叶变换计算全息和双随机相位不对称分数傅里叶变换计算全息。在这种方法中,首先用一随机相位函数乘以输入图像信息,然后沿x方向实施α级次的一维分数傅里叶变换,再乘以第二个随机相位函数,最后,沿y方向实施β级次的一维分数傅里叶变换。采用迂回位相编码法对变换后的结果编码,绘出计算全息图。为了恢复原始图像,需要知道变换级次和随机相位函数。利用这种方法进行图像加密,使加密图像的密钥由原来两重增加到四重,从而提高了系统的保密性能。     

Optical image encryption technique based on compressed sensing and Arnold transformation

A new optical image encryption method based on compressed sensing and Arnold transformation is proposed. First, dimensional reduction and random projection, the characteristics of compressed sensing, are utilized to compress and encrypt a digital image. Second, Arnold transformation is used to scramble the encryption image followed by compressed sensing with low data volume. Then, the encryption image is encrypted again by double random phase encoding optical encryption technique; two random phase masks generated by sequences of irrational number are been used as secret keys. In the end, the multi-encrypted information is embedded into the host image and transmitted. At the receiver, original image information is reconstructed approximately via orthogonal matching pursuit algorithm. The peak signal-to-noise ratio and the normalized cross-correlation between the original image and the decrypted one are used to calculate the quality of the decryption image. The experimental results demonstrate that our method is secure and robust.     

Single-point imaging with a variable phase encoding interval

A modified single-point imaging (SPI) technique using a variable phase encoding interval is proposed. This method is based on the minimization of the phase encoding interval for further signal-to-noise ratio (SNR) optimization. This is particularly beneficial when the maximum gradient amplitude limits an optimal phase encoding interval, and the resulting SNR suffers from T(2)-related signal attenuation. Theoretical calculation of the SNR and simulation of the point spread function (PSF) for the different experimental parameters are presented. Experiments using a rubber sample (T(2)* approximately 73 micros) and a tooth (bi-exponential relaxation: T(2,1)*=111 micros and T(2,1)*=872 micros) showed a significant increase in SNR (>3 and >2, respectively) when compared with images acquired with conventional SPI.     

变步长搜索的计算全息图编码方法

基于计算全息图(Computer-Generated Hologram,CGH)的非球面检测技术通过控制衍射光相位来生成所需要的参考波前,从而实现非球面的零位检测,近年来,该技术已经发展成为非球面的主流检测技术。对于CGH编码,采用传统编码方法实现高精度编码,其数据量往往高达几十甚至上百GB。因此,为同时确保编码精度高及编码数据量小,本文提出了一种变步长CGH编码方法。该方法首先通过寻找等相位面的方法得到CGH条纹分布,然后通过计算相位分布梯度选取不同的取样步长,使CGH能利用尽可能少的点实现高精度编码。利用变步长搜索的编码方法进行编码并制作了CGH对非球面样品进行检测,检测结果为3.142 nm(RMS)。为验证检测结果可信度,本文设计并制作了补偿器对同一非球面进行检测,其检测结果为3.645 nm(RMS)。对两检测结果点对点做差,RMS值为1.291 nm,结果表明该编码方法可满足非球面高精度检测需求。     

基于光纤色散相位补偿的高分辨率激光频率扫描干涉测量研究

为了实现更高分辨率的激光频率扫描干涉测量, 增大光源的扫频范围以及减小扫描频率的非线性成为关键. 采用外腔式大带宽扫频光源结合光纤辅助干涉仪构建的外部时钟频率采样非线性校正是目前较为常用的方法. 本研究发现随着扫频带宽和测量范围的增加, 光纤辅助干涉仪与测量光路中存在的色散失配导致频谱出现严重展宽, 极大的降低了测量的分辨率. 本文建立了辅助干涉仪和测量干涉仪色散失配影响的理论模型, 利用该模型分析了扫频带宽和测量范围与测量分辨率的变化关系, 与实验结果相一致, 并进而提出了基于峰值演化消畸变的色散相位补偿方法, 有效地提高了测量的分辨率, 在2.53 m 处实现了接近理论值的64.5 μm的测量分辨率. 该色散失配模型及补偿方法为提高大尺寸激光频率扫描干涉仪的测量分辨率及测距范围提供了参考.