平面周期物体的Lau效应

基于部分相干理论中交叉谱密度函数的概念研究了平面周期物体的Lan效应文章导出了平面物体Lau像光强分布式,求得了平面周期物体的Lau像光强分布及其Lau成像条件,并进行了实验验证,给出了实验结果.     

反射式水下量子成像

水下成像的成像质量受到激光功率和接收器灵敏度的制约,现有的量子成像方式在自由空间中能够获得较传统成像距离更远、清晰度更高的探测图像。结合自由空间中量子成像方式与水体自身特点,提出了赝热光二维二阶关联的反射式水下量子成像方法,通过选取水下成像系统的典型参量进行模拟计算,重构了物体的光强起伏图像,设计并实现了成像实验。实验结果与数值仿真一致,表明可以利用二阶光强度关联的量子成像方式重现水下物体的二维图像。     

集成成像同名像点三维形貌获取方法

为了实现被动式三维形貌获取技术, 首先利用光线追迹方法从理论上对集成成像阵列式多角度图像获取技术进行了深入分析;对于元素图像阵列中同名像点的间距和三维物点位置之间的关联性进行了理论分析;在此基础上提出了集成成像同名像点三维形貌获取方法。实验结果显示, 本文提出的集成成像同名像点三维形貌获取技术能够获取三维物体的三维形貌和任意三维点的空间坐标。定量实验结果显示获取结果相对误差小于5%, 证实了本文提出的基于集成成像同名像点三维形貌获取技术能够实现三维信息的光学获取。     

X射线衍射增强成像中的定量测量

提出了一种基于X射线衍射增强成像(DEI)断层计算机X射线层析术(CT)图像的物体尺寸精确测量方法.X射线衍射增强成像是一种基于相位衬度的成像技术.通过建立DEI的简化模型,研究衍射成像过程中品体转角、投影图像谷点位置、成像系统等效模糊等因素之间关系,由此具体探讨了系统模糊效应对圆物体边界成像带来的位置偏移,并以圆形被测样品为例.提出可精确测定直径的简单有效算法.通过理论仿真模型数据和北京同步辐射装置上的实测数据验证了该算法的精度.该方法实现了利用DEI图像对被测物体几何尺寸的精确测量,可用于对牛物组织样品等物体内部微小结构的尺寸的精确测量.     

全息模拟再现像的三维重构

提出一种全息模拟再现像的三维重构方法，可以模拟再现得到三维再现像.计算机模拟再现许多幅在不同深度位置的二维光强分布；利用灰度级变化的聚焦度评价方法，通过寻找最大聚焦度值，确定再现三维像各像点的深度信息.实验证明,该方法能实现模拟再现像的三维重构，使数字全息术有希望成为一种全新的三维面形检测技术.再现像三维重构的实现可以更客观地对全息图进行像质评价，并验证计算机制全息术算法的正确性.     

近场X射线位相衬度成像及位相恢复算法

理论分析了X射线衍射位相成像和近场位相恢复算法。定义了一个最佳成像距离，给出了基于最佳成像距离和特征空间频率的衍射场光强分布新的表达形式。基于模拟位相物体给出了数值模拟结果。由此得出了探测距离和多色辐照对相衬图像和位相恢复结果的影响。本文给出的结果将对同轴x射线相衬成像实验具有一定的指导作用。     

旋转双棱镜引起的成像畸变及其校正

针对旋转双棱镜扫描成像中棱镜引起的成像畸变进行研究并通过逆向光线追迹对其实施校正。为估算畸变的特点和程度,根据视轴指向及视场尺寸确定棱镜转角和入射光方向,基于矢量形式的折射定律对视场跨度内的光线通过两棱镜实行追迹。以锗棱镜的红外成像及玻璃棱镜的可见光成像为例模拟成像变形。结果表明,图像沿着偏离系统轴的方向被压缩。偏转角越大,图像变形越突出。为校正成像畸变,从像点通过棱镜实行逆向光线追迹。针对可见光成像搭建旋转双棱镜扫描成像系统并分析其成像畸变,结果表明成像畸变的模拟预测与实验观测结果相符。无论针对模拟图像还是实际图像,逆向光线追迹都能有效地校正成像畸变,改善成像质量。该畸变分析及其校正方法对旋转双棱镜成像应用具有一定的参考价值。     

基于压缩感知的后调制远距离三维成像研究

基于压缩感知(CS)理论,提出使用高功率纳秒脉冲激光器照射远距离目标物体,通过望远系统将目标物体成像到数字微镜阵列(DMD)上,利用DMD加载的调制图像对目标物体的像进行调制(后调制),采用光电倍增管(PMT)作为单像素探测器收集调制后的光强,通过压缩感知计算,完成对远距离目标物体的三维图像重建。将此系统应用于远距离三维成像,通过搭建实验系统,分别对距离为230m和4.5km左右的目标物体完成了绝对距离的测量,实现了64pixel×64pixel的三维成像。同时也证实利用压缩感知进行远距离图像恢复,随着采样率的提高,图像恢复的质量和对比度都有一定程度的提高;目标物体图像越稀疏,重构图像所需的采样次数越少。     

凹面光栅型波长解复用器的标量波动分析

利用标量波动衍射理论，通过对光栅槽面的数值积分，计算了罗兰圆型集成二维凹面光栅像点的光强分布。给出了光线追变法难以得到的光栅槽面沿光栅圆不同方位刻划所引起的成像点对于光栅方程计算位置的偏离；在对色散和分辩力的分析上，获得了与光线追迹法很好的一致性；分析了光栅的槽面波、光源的模场宽度以及因工艺产生的槽面圆角对光栅成像的影响；最后给出了光栅的波像差和光线像差的计算。     

基于衍射理论的哈达玛编码光谱成像数据重构

哈达玛变换光谱成像技术是一种在不牺牲分辨率的情况下,通过多通道复用的方法增加光学系统光通量,使得系统信噪比显著高于传统成像的新型计算光谱成像技术.本文针对系统成像过程中数字微镜器件衍射造成的图像降质问题,建立了基于标量衍射理论的哈达玛编码光谱成像图谱数据退化模型,提出以Lucy-Richardson (L-R)算法为核心的重构数据修正算法,提高重构数据立方体的图像质量和光谱精度.通过对成像过程的模拟和重构算法的仿真实验,数字化生成了系统成像衍射降质的物理过程,并验证了本文所采用修正方法的有效性.经过L-R修正之后的复原数据立方体的光谱角距离评价结果为0.1296,图像相似度评价因子优于0.85,相比修正前的重构数据质量有较大提升,表明算法对哈达玛编码光谱成像数据的重构及修正具有较好的效果.     

多平面全息三维显示及其噪声消除研究

基于层析法和Gerchberg-Saxton迭代算法,计算得到了多个平面构成的三维物体的计算全息图,并将该计算全息图加载于空间光调制器上,获得了具备全视差的三维立体显示。基于以上方法,对灰度图像进行显示,获得了较高的像质。构建了由100个平面组成的立方体,获得了立方体的三维图像。另外,在计算全息图时附加了相位平移函数,消除了由空间光调制器的栅格结构引起的多重衍射像噪声,将能量利用效率提高到原来的379%。这样,可获得高衍射效率、高像质且具备全视差的三维全息显示。     

非全息衍射投影（英文）

提出了一种无需全息计算和相干照明的衍射投影方法和投影系统,利用非相干的准直LED光源和傅里叶变换透镜取代全息迭代计算获得被投影图像的空间频谱,再利用空间频谱在自由空间中的瑞利索墨菲衍射实现了小投射比、无限景深的图像投影.详细推导了投影方法的成像过程,解析了投影系统的强度脉冲响应函数.实验搭建了一套非全息衍射投影系统,对投影过程中产生的像差和亮度不均匀进行矫正,获得了无相干噪音的高品质衍射图像,实现了投射比为0.87的无限景深的衍射投影.在相距大于800 mm的不同深度平面上同时获得了清晰的投影图像,从而验证了方法的可行性.该投影方法和系统在球幕投影、任意曲面屏幕投影和增强现实投影等领域具有潜在的应用.     

声透镜对多层样品的光声层析成像

由于光声效应产生光声压分布图像,所以当强散射介质中的模拟吸光组织在受到短脉冲激光照射时,该声压分布会经声透镜成像在像平面上。在像平面上利用线性超声探测器阵列获取光声信号并传递给高速数据采集卡进行数据采集,可由程序重构出光声图像。设计的光声层析成像系统可以采集记录一定深度的数据,成像时只要在所采集到的数据中选取不同列数即可同时获得强散射介质多层样品不同层面的光声图像。实验成功地获得了强散射介质内多层样品不同层面的光声层析图像。该成像方法无需进行复杂的算法重建,且可以同时实现多层样品不同切面的光声成像。     

非全息衍射投影（英文）

提出了一种无需全息计算和相干照明的衍射投影方法和投影系统,利用非相干的准直LED光源和傅里叶变换透镜取代全息迭代计算获得被投影图像的空间频谱,再利用空间频谱在自由空间中的瑞利索墨菲衍射实现了小投射比、无限景深的图像投影.详细推导了投影方法的成像过程,解析了投影系统的强度脉冲响应函数.实验搭建了一套非全息衍射投影系统,对投影过程中产生的像差和亮度不均匀进行矫正,获得了无相干噪音的高品质衍射图像,实现了投射比为0.87的无限景深的衍射投影.在相距大于800mm的不同深度平面上同时获得了清晰的投影图像,从而验证了方法的可行性.该投影方法和系统在球幕投影、任意曲面屏幕投影和增强现实投影等领域具有潜在的应用.     

基于波面分割及多平面相位恢复的定量相位成像技术

提出了一种基于微透镜阵列分割波前及多平面相位恢复的定量相位成像技术。针对大动态范围的相位物体实现定量相位成像,该技术同时施加了横向波面分割、轴向多衍射平面和多波长照明三种约束。该技术记录了两种不同波长照明下,微透镜阵列焦面附近不同衍射距离的强度分布图,采用多平面相位恢复算法提取透过相位物体的数字复振幅光场,通过双波长数字复振幅光场相位提取算法,实现了大动态范围下的相位物体成像。数字仿真实验中,在640 nm和685 nm的照明下,对相位变化范围大、结构复杂的相位物体进行了模拟仿真,结果表明,该技术可以高效、便捷地实现高精度相位成像。     

基于数字微镜器件的光子计数对应鬼成像

提出了一种基于数字微镜器件的光子计数对应鬼成像方案。该方案采用数字微镜器件对光源进行调制,通过时间相关单光子计数技术获取光子计数值,并利用对应鬼成像算法计算目标物体的像。结合鬼成像理论和对应鬼成像理论阐明了光子计数对应鬼成像原理,并通过实验对该方案进行了验证。研究结果表明,该方案能够实现弱光成像。利用该方案可以获得与传统鬼成像效果相当的成像质量,但降低了图像重建过程中的计算量和算法复杂度。此外,该方案略去了阵列探测器对光强分布的测量,利用一个不具有空间分辨率的单光子探测器结合对应鬼成像算法,即可得目标物体的像,同时也能获得目标的距离信息。     

基于统计光学的正负热光非定域成像

本文, 基于经典统计光学, 建立符合热光特性的统计模型, 通过数值模拟证明了吴令安和Meyers提出的图像重构算法, 并进行了定性的理论分析. 在关联成像获得的数据样本中, 根据桶探测器的光强涨落进行分组, 分别以某个阈值作为下限和上限, 再将分组后的独立样本和相应的面探测器信号进行强度关联, 则可以得到物体的正像或负像. 然而, 不经过关联运算, 直接对分组后的面探测器信号进行算数平均也可以得到物体的正像或负像, 同时成像的对比度得到较大提高. 这种分组对应的非定域成像进一步说明强度涨落在热光成像中的重要性. 最后以字符掩膜版作为成像物体, 分别运用关联成像和分组对应正负成像算法重构物体的图像, 实验结果证明这种新的正负算法可以提高非定域成像的对比度. 关键词： 统计光学 热光 关联成像 正负非定域成像     

基于光强互相关的保偏光纤定轴仿真

提出一步定轴法以提高保偏光纤偏振轴定位和对准技术中侧视成像法的定轴效率.一步定轴法通过光强图像与标准图库之间的相关运算实现定轴,定轴过程中不需要旋转光纤.采用光强内插处理以及选择最佳观测平面两种措施提高一步定轴法的定轴准确度.以熊猫型保偏光纤为研究对象,利用光线追迹法仿真计算出不同观测面的光强图像.以相关峰值处的尖锐程度作为定轴准确度的判据,分析内插前后以及不同观测面的定轴准确度.结果表明,这两种措施均可提高定轴准确度,并获得优于0.3°的理论定轴准确度.     

激光光强扰动对相干场成像降质影响理论研究

激光相干场成像系统发射多束激光,经大气传输对远程目标成像,大气湍流引起的激光束光强扰动是影响成像质量的一个关键因素.本文从湍流引起的激光束光强扰动对回波解调信号的影响关系入手,建立了激光回波光强扰动因子对相位闭合系数和成像频谱分量的降质传函理论模型;基于三光束激光相干场成像系统仿真验证了理论模型的有效性.研究表明激光相干场成像频谱分量和成像像质主要受三光束相位闭合求解算法中第二光束光强扰动影响.该研究揭示了激光回波光强扰动对成像像质的影响机理,对于分析大气湍流等引起的光强扰动降质效应和合理分配多光束光强稳定性以提高成像质量具有理论指导意义.     

数字全息周期像的产生机理及在抑制零级衍射上的应用

在数字全息成像中, 利用CCD的RGB模式采样全息图时, 全息重构像会出现特定的周期性分布. 本文从理论和实验上详细研究了这种周期像产生的机理、分布特性和应用. 研究结果显示, 由于CCD的光谱滤镜会使全息图的RGB三个单色采样阵列出现部分像素信号的缺失, 因此, 需要通过特定的demosaicing数学算法对缺失的像素信号进行重建以形成完整的单色采样阵列, 这是数字全息再现像周期分布产生的根源. 而基于demosaicing算法的采样阵列重建会在全息图频谱中引入调制函数, 导致物体再现像和零级衍射斑的周期分布差异. 本文揭示了全息图的RGB采样、demosaicing算法与全息重构像周期性之间的内在关联. 最后, 讨论了结合空间移位和图像形态学技术, 利用重构像的周期性抑制零级衍射斑的应用. 所有理论与实验研究结果完全一致. 关键词： 数字全息 图像周期性 零级斑抑制