合成孔径激光成像雷达(Ⅵ):时空散斑效应和外差探测信噪比

研究了合成孔径激光成像雷达成像过程中激光散斑效应对于光学外差探测的影响,考虑了光学天线孔径对于散斑的审间平滑效应,特别是提出了时间变化的散斑统计特性并进行了数学分析,因为线性调频激光在一次激光曝光时间过程中激光散斑的花样是变化的.最终给出了考虑时空散斑效应的光子受限外差探测信噪比.     

Statistical property of dynamic speckles produced by a rotating cylinder object

高斯光束照射以固定角速度旋转的粗糙圆柱体表面,反射空间形成随着被测表面运动变化的动态散斑.研究了照射面积大于圆柱曲面条件下在远场衍射区形成的动态散斑统计特性,得到了不同入射条件及不同圆柱时动态散斑强度起伏空间-时间归一化相关函数.结果表明:随着圆柱半径、旋转速度以及照射光斑有效面积的增大,动态散斑强度起伏相关性快速减小;当圆柱旋转速度恒定,动态散斑光强起伏相关函数的峰值随着探测点之间距离的增大而减小,但峰值的位置随之而增大;在近似点照射情况下随着圆柱半径的增大空间相关长度基本不变,而相关时间性明显增大.     

旋转圆柱目标的动态散斑统计特性(英)

高斯光束照射以固定角速度旋转的粗糙圆柱体表面,反射空间形成随着被测表面运动变化的动态散斑。研究了照射面积大于圆柱曲面条件下在远场衍射区形成的动态散斑统计特性,得到了不同入射条件及不同圆柱时动态散斑强度起伏空间-时间归一化相关函数。结果表明:随着圆柱半径、旋转速度以及照射光斑有效面积的增大,动态散斑强度起伏相关性快速减小;当圆柱旋转速度恒定,动态散斑光强起伏相关函数的峰值随着探测点之间距离的增大而减小,但峰值的位置随之而增大;在近似点照射情况下随着圆柱半径的增大空间相关长度基本不变,而相关时间性明显增大。     

旋转粗糙目标微运动特征识别技术

基于动态散斑技术的微运动特性识别在目标探测领域具有重要的研究价值.以粗糙面散射理论为基础,研究了旋转粗糙凸体目标的动态散斑时间相关函数,给出了旋转圆锥体目标动态散斑时间相关函数.将数值结果与相同条件下实验结果进行比较,验证了圆锥体目标时间相关长度的有效性.利用粒子群算法,反演出旋转圆锥体的旋转角速度和视线角.结果表明,该方法可识别旋转圆锥体范围为20°—90°之间的视线角值和范围为0.5—6 r/min的角速度值,为微运动特征识别提供理论和实验依据.     

旋转粗糙目标动态散斑统计特性研究

针对旋转目标视线角和角速度的特征识别问题,基于激光散射理论,分析了可见光波段激光中旋转对称目标动态特性,设计了多姿态旋转运动目标的时序散斑测量光路.研究结果表明:采用多幅图相关函数计算方法对时序图进行处理,得到了不同视线角和角速度的动态散斑归一化时间相关函数曲线.给出了目标范围为0.5r/min~6r/min角速度,范围为20°~90°视线角与时间统计特性的关系.     

非稳散斑场探测中的统计分析与评价

统计分析了非稳散斑场光强的空间场值系综均值与系统均值的联系，以此为依据评价了非稳散斑场的探测结果，并提出了改善探测置信度的方法。     

基于单幅散斑的X射线强度关联缺陷检测方法

采用预置散斑的X射线强度关联成像系统需要采集大量的散斑场,成像时间较长,而单幅散斑场信噪比低,难以单独用于图像重构。然而单幅散斑场中的空间分布信息包含一定的样品结构信息,可以用于样品缺陷快速检测。基于此,提出一种基于单幅预置散斑的缺陷检测方法,该方法将待检测样品探测散斑场与标准样品模拟散斑场的相关性作为样品缺陷的评价标准。同时基于该方法模拟X射线强度涨落二阶自关联检测光路,分析不同信噪比下探测散斑场分布的图像对比度对相关系数的影响。并对比多种细节增强方法,提高检测可靠性。最终结果表明,基于单幅散斑场的方法可以有效地进行样品的快速缺陷检测。     

参考光干涉提取复振幅的散斑统计函数的实验研究

由散斑场和参考光的干涉图样提取散斑场复振幅、相位和强度的数值分布,并对其统计特性进行实验研究,消除了散斑场强度统计函数特别是概率密度函数的传统测量方法中噪声引起的偏差,并实现了散斑场复振幅和相位统计特性的实验研究.通过对不同散射角处散斑场的研究发现随着散射角度的增大散斑颗粒逐渐呈现出横向展宽的现象,且其平均宽度表现为各向异性,但是其概率密度函数并没有发生变化,与小角度情况一样属于圆形高斯散斑场. 关键词： 散斑 概率密度 干涉     

界面反射超声散斑统计特性

对粗糙界面反射超声散斑场的一阶和二阶统计特性进行了理论和实验分析。在假设条件下,理论分析的结果表明反射空间中超声散斑的振幅和相位分别服从瑞利分布和均匀分布,而且用聚焦探头所接收的超声散斑的平均横向尺寸仅取决于测量系统的特性,与散斑的空间位置无关。为验证理论分析结果,作者建立了专门的实验系统,用圆形孔径聚焦探头接收从粗糙液－固界面上反射在不同空间位置上的超声散斑信号。实测数据显示假设条件是合理的,理论分析是正确的。     

一类弱散射界面背向散射超声散斑一阶统计特性

对超声入射至分布有细小凹坑的界平面，这一类弱散射界面背向散射所形成的超声散斑的一阶统计特性进行了研究.在假设条件下，理论分析的结果表明，空间超声散斑的振幅服从Rice分布，而它们的相位概率密度函数是一个包含Gauss分布函数和Gauss概率积分函数的复合函数.当细孔密度非常大时，超声散斑的振幅就趋于Rayleigh分布.应用作者建立的由计算机控制扫描的实验系统，对这一类弱散射界面反射超声散斑的振幅分布进行了测量.实验结果表明，理论分析的结果是正确的，由此，所作的假设条件也是成立的. 关键词： 弱散射 超声散斑 统计特性     

基于动态散斑时频特性的合作目标微动参数反演

基于激光动态散斑的时频信号,建立了一套适用于角反射器阵列的微动参数反演算法.首先利用物理光学方法推导了角反射器及角反射器阵列激光散斑的实时强度公式,然后基于短时傅里叶变换研究了散斑功率谱形成机制及其数字特征,最后提出了频谱相关法及时频-相幅变换算法,并采用该方法提取了动态散斑时频谱线周期及振幅分布,反演了三种典型运动状...     

利用散斑空一时相关性测散射体的慢运动

本文研究了利用远场动态散斑的空-时相关性测量散射体运动速度矢量的理论和实验技术.作者在推导出远场动态散斑空-时相关函数的基础上,提出并建立了一种新的微机辅助检测系统.利用它从实验上证明了在单高斯光照明、散射体平动情况下运场动态散斑的空-时相关性,以及空-时相关的差分与运动速度之间的线性关系.通过测量动态散斑的空-时相关性获取散射体的运动速度矢量.实验结果与理论分析吻合.     

Error analysis for polychromatic speckle contrast measurements

Revival of interest in speckle technologies raises a curial question on the accuracy calculation of speckle measurements. In particular, the accuracy calculation of speckle contrast, an important metrics of a stochastic process, is quite different from the accuracy calculation of a typical intensity measurement. Speckle contrast depends more on stochastic characteristics of a process rather than on hardware characteristics. In this article, we consider errors introduced by the limited number of available speckle and by intensity saturation for monochromatic and polychromatic speckles. Equations for these types of errors were derived. Particularly, we show that the error due to limited number of speckles is inversely proportional to the square root of the speckle number, in the similar way as the average intensity error. For the error due to limited dynamic range of a recording device, the truncation effect increases the error as the mean intensity increased. Monochromatic speckles are more sensitive to such truncation than polychromatic speckles. We report the optimal mean intensity in terms of the pixel depth of a recording device and the total number of speckle recorded. In addition, a recommendation to minimize the saturation error for a typical camera is included.     

动态白光散斑法的灵敏度及其提高

本文用非相干成象系统频谱分析的概念,分析了动态白光散斑法的灵敏度问题。提出了提高灵敏度的方法,使之不仅能测量大的动态变形,而且也能测量小的动态变形,如果用光弹性材料作试件,能同时得到动态等差线,进行主应力分离。     

Research for Signal Power Spectrum Distribution in Laser Doppler Rotational Speed Measurement

ＲｅｓｅａｒｃｈｆｏｒＳｉｇｎａｌＰｏｗｅｒＳｐｅｃｔｒｕｍＤｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｉｎＬａｓｅｒＤｏｐｐｌｅｒＲｏｔａｔｉｏｎａｌＳｐｅｄＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔＬＵＯＤｅｙｕａｎＺＨＯＵＪｉａｎＴＡＮＹｕｓｈａｎ（ＬａｓｅｒａｎｄＩｎｆｒａｒｅｄＩ...     

Simulation of dynamic speckle sequences and its application to the analysis of transient processes

Dynamic speckle has been used in recent years to analyse several transient processes that are produced in industrial and biological applications. We present here a numerical simulation to generate a temporal sequence of dynamic speckle patterns which is based on a model used for speckle formation by the superposition of waves from discrete scattering centres. It is demonstrated that the first and second statistics of the intensity of each speckle image, the time history of the speckle pattern, the temporal evolution of the correlation coefficient, and the power spectral density of the intensity generated by the proposed model reproduce quite well those obtained from experimentally recorded data. The process of a fast drying paint is presented as an example of the application of the proposed numerical model.     

Measurement of surface roughness properties using speckle patterns with non-gaussian statistics

The surface roughness properties (i.e. the rms surface roughness and the correlation length) of strong diffuse objects are investigated by using the speckle patterns which obeys the non-gaussian statistics. The intimate linear relation is found to exist between the rms surface roughness of objects and the maximum contrast obtained from the varying curves of the average image speckle contrast as a function of the point spread of an optical imaging system. The correlation length of surface roughness of objects is related to the averaged intensity distribution of speckle patterns produced at the far-field diffraction plane. It now becomes clear that the rms roughness and the correlation length of strong diffuse objects are determined, respectively, from the maximum speckle contrast at the image plane and the averaged speckle intensity distribution at the far-field diffraction plane.     

线性相关计算法形成数字剪切散斑相关条纹图

本文提出了用线性相关计算法形成数字剪切散斑干涉条纹的新方法,从理论分析和实验研究均证明,用该方法所获得的数字剪切散斑相关条纹图在图象监视器上易于观看,条纹图象光强无直流分量影响且可见度较减模式要高,该新方法的采用为今后的条纹图象分析奠定了基础。     

水下高斯界面背向散射超声散斑场的相位奇异

为了精确描述超声散斑场的特性,提出了采用计算机模拟产生超声散斑场的方法.利用模拟产生的高斯相关随机表面,获得了这类表面远场超声散斑场,同时得到了声强分布和相位分布.与实验产生的散斑场进行对比,建立了超声散斑场接收的实验系统,取与计算模拟相同的参数,获得了实验散斑场.通过对比发现:计算机模拟产生的超声散斑场相位存在奇异点,奇异点周围相位分布类似漩涡,计算机模拟产生的散斑场与实验得到的散斑场强度分布相似,强度值比实验产生的散斑场强度大,携带有用信息的高亮散斑较多,暗点较少,更利于研究和分析.