莫尔条纹分析在数字全息存储器中的应用

针对像素不匹配的数字全息存储器中出现的莫尔条纹现象,提出了利用莫尔条纹进行全息存储光路精确调整来实现像素匹配的方法.通过对CCD像面图像中莫尔条纹的周期和角度进行分析,得到光学系统需要的精确调整参数.实验中,实现了空间光调制器和光电耦合器阵列512×512像素的1:1像素匹配,该方法能提高读取速度并降低误码率.     

全息光盘存储器的数据存取与像素匹配

全息光盘存储(HDS)技术作为一种非常具有潜力的新型信息存储技术, 是下一代光盘发展的目标。在全息光盘存储系统中, 为了实现数据精确快速地写入和读出, 降低误码率, 需要在整个高分辨率页面上实现空间光调制器(SLM)与光电阵列耦合器(CCD)之间1∶1像素匹配。在体全息存储理论和光学设计理论基础上, 研究实现SLM和CCD像素1∶1匹配的方法, 提出了实现像素匹配的要求和条件, 并且按照此要求完成该全息光盘存储器的光学系统。实验中, 分别使用随机数据掩膜版和SLM实现了对CCD的512×512精确像素匹配, 在光学系统中引入存储介质条件下, 图像质量良好, 掩膜版和SLM原始误码率分别为2.5×10-4和1.5×10-4。     

应用隧道探索算法提取莫尔条纹偏移量

为了精确提取莫尔条纹偏移量,提出了隧道探索算法,并将其应用于实际莫尔条纹分析.使用双光栅产生莫尔条纹,抓拍多方向投影.应用数字图像处理技术,追踪分析实验莫尔条纹.首先,追踪各条纹的极大值分布,根据条纹极大值分布挖掘条纹隧道,调整挖掘宽度,即像素宽度,既实现隧道贯通,又不干预相邻条纹.然后,二值化莫尔图,噪声滤波,滤除条纹隧道壁上的噪声毛刺,使隧道壁趋于光滑.最后,根据两侧隧道壁的布局,探索条纹隧道走向,提取隧道走向数据,获得条纹偏移量.并进一步转换为偏折角,即光学计算机层析投影.应用非线性自适应迭代重建算法对偏折角进行迭代重建.结果发现,最高重建截面温度是492℃,额定电热器表面温度大约500℃,重建截面恰恰在电热器上表面上方,所以重建结果是有效的.     

无衍射光莫尔条纹的中心定位方法

无衍射光莫尔条纹被广泛应用在精密测量领域中，实现无衍射光莫尔条纹中心的精确定位是高精度测量的关键。通过对无衍射光莫尔条纹图像特征进行分析，提出了一种无衍射光莫尔条纹的中心定位方法。该方法首先根据光强分布特征，提取莫尔条纹图像中两光斑中心局部同心圆区域；然后进行局部同心圆环检测，确定初始圆心集；再对初始圆心集进行聚类分析确定两光斑中心的初始位置；最后删除异常点并迭代求取两光斑中心较精确的位置，实现无衍射光莫尔条纹两光斑中心的定位目的。理论和实验结果表明该方法能快速、准确地同时确定两光斑中心位置，且误差小于1 pixel。     

基于径向剪切干涉仪的三维位移测量技术

本文提出一种基于双圆光栅径向剪切干涉仪的三维位移测量方法,其测量原理是径向剪切干涉仪所形成的莫尔条纹不仅由二维平面内位移决定,轴向位移会在+1和–1级莫尔条纹之间产生一个特定的相移.首先,基于标量衍射理论对双圆光栅径向剪切干涉仪的+1和–1级莫尔条纹强度分布进行推导,建立了三维位移量与莫尔条纹强度分布的精确解析关系;其次,在频谱分析的基础上,利用半圆环滤波器进行空间滤波,实现+1和–1级莫尔条纹的同时成像;然后,提出了从莫尔条纹图中定量提取三维位移的算法,并通过数值模拟进行验证;最后,实验结果验证了该方法测量平面内位移的最大绝对误差为4.8×10^–3 mm,平均误差为2.0×10^–4 mm,轴向位移的最大绝对误差为0.25 mm,平均误差为8.6×10^–3 mm.该方法具有装置简单、测量精度高、非接触、瞬时测量等特点,可实现三维位移的同时测量.     

基于Talbot-Moiré法测量透镜焦距的CCD亚像素标定技术

利用Ronchi光栅的Talbot效应和Moiré条纹测量长焦透镜焦距,根据焦距与莫尔条纹斜率之间的定量关系可求得透镜焦距.分别采用Canny算子和形态学方法对光栅的栅线中心进行像素级定位,再用高斯曲线拟合对其进行亚像素定位.经过对标准条纹的标定,验证了该方法的条纹中心定位误差小于0.1个像素.采用光栅作为系统的自基准对CCD像素当量进行了亚像素标定,为条纹斜率和宽度的计算提供了可靠的测量基准,经过计算,采用这些数据计算的焦距误差为0.10%.     

自由立体显示器中锯齿状交错狭缝光栅的设计

光栅式自由立体显示由于易存在莫尔条纹和串扰的问题而影响其显示效果.利用斜光栅可减轻莫尔条纹但增加了视点间的串扰.本文提出一种减轻莫尔条纹的光栅设计方法,同时对可视区域影响较小.设计中对光栅进行分段,并将相邻两段狭缝错开一定距离.该方法能减小通过同一狭缝看到两相邻子像素之间的黑条的比例,获得较宽且较淡的莫尔条纹,从而减轻了视觉干扰.仿真结果表明该光栅相比传统垂直光栅,莫尔条纹亮度下降了108.1％,而可视区域仅减小32.8％,具有较高的实用价值.     

自由立体显示器中锯齿状交错狭缝光栅的设计

光栅式自由立体显示由于易存在莫尔条纹和串扰的问题而影响其显示效果.利用斜光栅可减轻莫尔条纹但增加了视点间的串扰.本文提出一种减轻莫尔条纹的光栅设计方法,同时对可视区域影响较小.设计中对光栅进行分段,并将相邻两段狭缝错开一定距离.该方法能减小通过同一狭缝看到两相邻子像素之间的黑条的比例,获得较宽且较淡的莫尔条纹,从而减轻了视觉干扰.仿真结果表明该光栅相比传统垂直光栅,莫尔条纹亮度下降了108.1%,而可视区域仅减小32.8%,具有较高的实用价值.     

基于Talbot-Moiré法测量透镜焦距的莫尔条纹的图像处理

利用Ronchi光栅的Talbot效应和Moiré条纹测量了长焦透镜焦距,并根据焦距与莫尔条纹斜率之间的定量关系可求得透镜焦距.为获得条纹斜率,用CCD采集莫尔条纹图像后,利用数学形态学滤波方法进行图像滤波平滑等预处理,有效地增强了图像的对比度.通过二值化、细化获得单像素宽连通的条纹,通过对条纹进行标记,为条纹斜率的直线拟合计算提供了可靠的数据,采用这些数据计算的焦距的误差为0.10%.     

基于Talbot-Moiré法测量透镜焦距的CCD亚像素标定技术

利用Ronchi光栅的Talbot效应和Moiré条纹测量长焦透镜焦距,根据焦距与莫尔条纹斜率之间的定量关系可求得透镜焦距.分别采用Canny算子和形态学方法对光栅的栅线中心进行像素级定位,再用高斯曲线拟合对其进行亚像素定位.经过对标准条纹的标定,验证了该方法的条纹中心定位误差小于0.1个像素.采用光栅作为系统的自基准对CCD像素当量进行了亚像素标定,为条纹斜率和宽度的计算提供了可靠的测量基准,经过计算,采用这些数据计算的焦距误差为0.10%.     

CCD在自准直仪中用于莫尔条纹成像研究

讨论了基于纵向莫尔条纹检测的光栅自准直仪测量原理.运用光学傅里叶原理推导出,利用线阵CCD取代指示光栅可以在自准直仪中产生莫尔条纹.实验验证了当标尺光栅在CCD投影光栅常量d2与其光栅常量d1之比为s=1.01时,纵向莫尔条纹的放大作用能达到14.14倍.该方法消除了因指示光栅衍射作用影响试验结果的问题,显著提高了系统的角分辨力,并简化了自准直仪光学系统.     

A study on the 3-D measurement by using digital projection moiré method

Moiré topography method is a well-known non-contacting 3-D measurement method. Recently, the automatic 3-D measurement technique by moiré topography has been developed in order to apply to the engineering and medical fields. The projection moiré topography is very attractive because of its high measuring speed and high sensitivity. In this paper, using the two-wavelength methods of projection moiré topography was investigated to measure the 3-D shape of an object with 2π-ambiguity problems. Rapid measurement can be accomplished by the synchronization between CCD camera and projector. The experimental results prove that the proposed scheme is capable of finding absolute fringe orders, so that the 2π-ambiguity problems can be effectively overcome so as to treat large step discontinuities in measured objects.     

A novel technique for X-ray laser beam characterization

The use of a novel diagnostic based on the Moiré effect, known as Moiré deflectometry, to characterize X-ray laser beams is described. This technique is purely geometric in nature and does not require coherent radiation for its operation. The unique feature of Moiré deflectometry is that it provides a fully quantitative laser beam diagnostic which can be operated in any wavelength region of the spectrum. This technique allows the number of transverse modes present in the beam to be determined from the inherent beam divergence. The latter is measured from the degree of reduction in the contrast of the Moiré fringes. From the same deflectogram the geometrical-beam behaviour can be determined. This includes both geometrical-beam divergence and ray-aberrations which lead to wavefront distortions.     

体全息存储系统中的傅里叶变换透镜设计

提出和设计了一种应用于体全息存储系统的傅里叶变换透镜,是为了适应体全息存储系统对傅里叶变换透镜的特殊要求而设计的。设计中使用了光学自动设计软件ZEMAX。综合各方面考虑,采用双平凸结构,具有以下特点:焦距短,系统结构紧凑;焦距易于改变,以方便实现不同焦距比;工作视场大,能提高体全息存储系统的存储密度;结构简单,容易加工装调,造价低。透镜组用于像素数为1k×1k的空间光调制器(SLM)与CCD匹配对准。     

Investigation of the dynamic recording process of thick refractive index gratings in photorefractive crystals by the microphotometric method

Diffraction-efficiency measurements are compared with the microphotometric determination of the intensity pattern at the exit face of a LiNbO₃-sample during the holographic recording process. The special advantage of the microphotometric method is the possibility to determine phase shifts of the refractive index grating and of the light intensity pattern simultaneously and independently. Both quantities are very important for an understanding of dynamical effects during the holographic writing process. Furthermore, direct experimental evidence for the change of the modulation degree, i.e. the change of the contrast of the light pattern writing the grating, has been found. This change is caused by a Moiré-like effect which is closely related to the energy transfer between writing beams.     

利用CCD进行透镜焦平面的定位

设计了由全息光栅和CCD等构建的光电混合处理光路,实现对透镜焦平面的定位.采用反射式光学元件设计记录光路,制作满足特定空间频率的全息光栅,并利用质心法计算得到CCD采集面上光斑的中心坐标.     

Flat Filter Based on a Chirped Super Moiré Grating

In this paper, super Moiré grating (SMG) with multiple superimposed gratings, in the best of our knowledge, is studied at first time. A flat multichannel transmission filter based on a chirped SMG with three superimposed gratings can be achieved, which benefits wavelength-division multiplexing (WDM) system. At the same time, a reflection filter can also be obtained in a chirped SMG, which can be used as an optical add/drop multiplexer filter for WDM system.