确定性矩阵可分离压缩成像

针对可分离压缩传感使用的可分离随机正交矩阵在处理大尺度图像等高维信号感知时难度太大或成本过高的问题,引入确定性测量矩阵,提出确定性矩阵可分离压缩传感,可将如托普利兹矩阵及循环矩阵等具有确定性结构的矩阵作为可分离压缩传感的左、右可分离矩阵.该方案可以降低独立元素的数目,从而显著降低前端物理实现的难度与成本.数值模拟实验分别评估了该方法在不同采样率及不同图像尺寸下的压缩重建性能,结果表明该方法在独立元素非常少的情形下得到与原随机正交矩阵相近的重建质量,证明了其可行性.     

双波长照明下的非干涉相位恢复算法

针对原有基于强度传输方程(TIE)的非干涉相位恢复技术只适用于单波长条件下近距离传播时相位求解的局限,提出了一种双波长照明条件下的TIE算法.该算法在求解过程中考虑两个波长下相位间的相关约束,并引入了合成波长的概念.同时,考虑到TIE法在远距离传播时相位恢复精度较低的问题,将其与角谱迭代算法结合,提出了一种双波长混合迭代算法.实验结果表明,双波长TIE算法相位恢复图的误差平均值降低到0.191 2;在远距离传播时,双波长混合迭代算法相位恢复图的误差平均值降低到0.220 2.表明所提算法可以在双波长照明下有效地恢复相位信息,并且不受距离的限制.     

基于强度传输方程的相位检索

为了从直接测量的强度图像中计算出相位信息,研究了基于强度传输方程的相位检索技术.设计了一个实用的相位检索系统,包含经典傅里叶相位检索和基于整体变分的相位检索算法.通过测量聚焦平面和前后散焦平面光波场的空间强度,求解二阶微分方程得到相位.与迭代相位检索技术相比克服了其迭代不确定性、收敛速度慢等缺点.实验表明,利用强度传输...     

基于正弦光栅调制的相位恢复

提出一种基于正弦光栅调制的相位恢复方法.首先,在空间光调制器上加载两个不同方向的正弦光栅对光场复振幅进行调制;然后,推导强度信息和相位偏导数之间的关系式;最后由强度信息计算相位偏导数,进而恢复相位.实验分别测试了该方法对简单图像、复杂图像以及含噪声图像的恢复能力.实验结果表明,该方法可以通过方便地控制图像移动量来有效恢复相位信息,适用于不同尺度的相位物体的计算.     

基于配准递进补偿的相位恢复

针对光强传输方程法在部分相干光场相位恢复过程中,由于CCD采集频率与LED发光频率不同步导致恢复的相位出现黑白相间的条纹,以及机械移动造成采集角度的偏差所导致的相位结果错误等问题,提出了配准递进补偿算法.首先,对所采集的具有一定角度偏差的三幅强度图进行角点检测和互相关匹配,并去除错误点对从而得到变换矩阵进行图像变换以纠正原有的偏差.同时,由于照明光波的缓慢动态变化与其低频分量相关,在新的配准图像中进行初次补偿以改善照明频闪效应.然后使用光强传输方程求解得到样品的初始相位.为了解决初始相位边缘出现的光晕,再次对恢复的相位进行补偿以突出样品的关键信息.搭建了真实光路系统进行实验验证,结果表明所提方法在纠正角度偏差的同时改善了频闪效应.微透镜阵列实验中,恢复的结果与实际结果相对误差为1.7%,证明了所提算法的正确性与有效性.     

基于强度传输方程的多重网格算法

为了从直接测量得到的强度图像中恢复相位信息,研究了基于强度传输方程的多重网格算法.从最粗层开始计算,给定初值,迭代出一个解,将此解作为最细层的初值,然后在最细层计算出一个近似解.进一步计算其残差,并将残差限制到较粗网格层求解,直至最粗层,然后逐层修正细网格层的解.利用循环在粗细不同的网格层来消除不同频率的误差分量,得到相位的精确解.仿真实验和真实实验表明,多重网格算法能够较好地从强度图像恢复物体的真实相位.     

基于强度传输方程的相位检索

为了从直接测量的强度图像中计算出相位信息,研究了基于强度传输方程的相位检索技术.设计了一个实用的相位检索系统,包含经典傅里叶相位检索和基于整体变分的相位检索算法.通过测量聚焦平面和前后散焦平面光波场的空间强度,求解二阶微分方程得到相位.与迭代相位检索技术相比克服了其迭代不确定性、收敛速度慢等缺点.实验表明,利用强度传输方程检索相位的方法可以有效快速地从强度图像中计算出相位|整体变分算法相比傅里叶算法,在恢复相位的同时可以保持良好的边缘.     

可编程菲涅耳相位透镜应用于多平面全息投影

研究了基于菲涅耳相位透镜实现多平面全息投影的方法,采用硅基液晶相位调制器建立了多平面全息投影系统.首先,利用可编程菲涅耳相位透镜代替傅里叶透镜,将计算机生成的相位全息图与菲涅耳透镜的相位结合;其次,基于时分复用和空分复用原理提出了加载菲涅耳相位透镜与相位全息图到相位空间光调制器上的两种方法;最后,讨论了在多平面全息投影中每个单一平面实现旋转物体动态360°视角显示的方法.实验结果表明:在距离硅基液晶分别为500、800、1 100和1 400mm处的四个重构平面可以获得全息投影图像;通过动态地改变菲涅耳相位透镜的焦距,可以实现多平面全息投影.     

基于像素结构空间光调制器的全息再现像问题研究

基于纯相位空间光调制器的全息显示系统在重构显示时,再现像的视觉效果受到空间光调制器像素结构引起的多级衍射光和多级再现像的干扰。在分析具有有限填充因子空间光调制器的像素结构对再现像影响的基础上,提出了一种提高全息再现像的视觉效果并且再现像成像位置和大小可调节的方法。先加载闪耀光栅到纯相位全息图,其次通过叠加会聚球面波相位,分离再现像与空间光调制器像素结构引起的多级衍射光的聚焦平面的位置,再利用光阑和高通滤波器的共同作用,消除高级衍射光、多级再现像以及零级光干扰对重构视觉效果的影响,最后引入成像透镜,调节再现像的成像位置与大小。建立了一套基于硅基液晶的全息显示系统用于实验验证。实验结果表明,最终的单一再现像清晰且可以方便地调节成像位置和大小。该方法同样适用于各种基于像素结构空间光调制器的全息光学系统。     

随机间距稀疏三元Toeplitz矩阵相位掩模压缩成像

压缩成像是一种基于压缩传感(CS)理论的新成像方法,其优点是可以用比传统的Nyquist采样定理所需测量数目少得多的测量值重建原稀疏或可压缩图像。在研究Bernoulli和Toeplitz测量矩阵的基础上,提出一种新的随机间距稀疏三元Toeplitz相位掩模矩阵。实验结果表明,在可压缩双透镜成像系统中,与Bernoulli和Bernoulli-Toeplitz相位掩模矩阵相比,新相位掩模矩阵的成像信噪比与之相当。但是随机独立变元个数和非零元个数显著减少,在数据存储与传输时更具优势,物理上更易实现,甚至重建时间是只有它们的21%～66%。