欠采样干涉图最小二乘相位解包裹算法改进

数字全息的再现光场相位一般具有较高的空间变化频率,而目前CCD、CMOS的空间带宽积还很有限,容易产生欠采样并导致包裹相位中有大量不可靠数据点存在,给最小二乘相位解包裹带来困难.本文将剪切干涉原理引入到数字全息再现光场的重构中,通过改变再现光场相位梯度的计算方法减少欠采样的影响,对现有的最小二乘相位解包裹算法进行了改进...     

基于小波变换的最小二乘相位解缠算法

最小二乘法是求解二维相位解缠问题最稳健的方法之一,其本质是在最小二乘意义下使缠绕相位的离散偏导数与解缠相位的偏导数整体偏差最小,并等效为可求解一大型的稀疏线性方程系统。由于系统矩阵结构的稀疏性,在采用迭代法求解时收敛速度非常慢。为了改善收敛特性,提出一种基于多分辨率表示的离散小波变换相位解缠算法。利用小波变换将原线性系统转化成具有较好收敛条件的等价新系统。仿真实验表明,该方法能够很好的恢复真实相位,其解缠效果优于Gauss-Seidel松弛迭代和多重网格法。     

含噪声包裹相位图的加权最小二乘相位展开算法研究

二维相位展开广泛应用在精密光学测量、自适应光学、合成孔径雷达、图像处理等领域中。为处理含噪声包裹相位图,以预条件共轭斜量法求解权重最小二乘相位展开方程。引入非加权二维离散余弦变换求解泊松方程得到的最小二乘相位解作为共轭斜量法的初始解,从而加快了收敛速度,同时提出一种新质量图确定算法求解过程中的权重项。计算机模拟和试验表明算法计算速度快,能有效地消除传统路径积分法在处理信噪比低包裹相位图时的"拉线"现象,是一种有效的相位展开方法。     

基于低通滤波的相位掩模干涉图相位解调方法

 传统的四步相移算法在分析相位掩模干涉图时存在相移值误差、分辨力降低和相干噪声等不足,从而影响了动态干涉仪的性能。为了提高相位掩模干涉图的分析精度,提出了一种基于低通滤波的相位解调方法。该方法根据相位掩模引入相位的空间频率远大于被测相位空间频率的最大值,采用低通滤波的方法提取相位信息。数值分析结果表明,该方法的精度高于传统四步相移算法。分析干涉图的信噪比,合理选择低通滤波器,可进一步提高相位解调的精度。     

基于低通滤波的相位掩模干涉图相位解调方法

传统的四步相移算法在分析相位掩模干涉图时存在相移值误差、分辨力降低和相干噪声等不足,从而影响了动态干涉仪的性能。为了提高相位掩模干涉图的分析精度,提出了一种基于低通滤波的相位解调方法。该方法根据相位掩模引入相位的空间频率远大于被测相位空间频率的最大值,采用低通滤波的方法提取相位信息。数值分析结果表明,该方法的精度高于传统四步相移算法。分析干涉图的信噪比,合理选择低通滤波器,可进一步提高相位解调的精度。     

激光诱导等离子体干涉图相位信息的提取

分析了强激光在空气中产生等离子体干涉图的空间频谱特性，采用高阶契比雪夫数字递归滤波器和阈值自动调整的相位解包算法成功地撮了等离子体干涉图的相位信息。论述了对干涉图样进行数字滤波时的设计考虑，给出了实验结果。实验表明，这种方法可用于快速、瞬态光学干涉图样相位信息的提取。     

气溶胶吸收的光热干涉相位载波算法

解调算法是干涉测量的关键技术之一, 通过初步搭建的光纤式光热干涉装置对相位载波解调算法进行了仿真与实验研究。介绍了装置采用的单光路垂直反射式干涉结构, 阐述了相位载波调制解调的机理, 并利用光纤式光热干涉装置, 通过向压电陶瓷施加不同电压来模拟实际大气气溶胶吸收情况完成对相位载波算法解调能力的检验, 并与不同质量浓度NO2标准气体下的实测相位信号、仿真解调相位信号和通过干涉条纹计算法获得的结果进行对比验证, 证明相位载波解调算法可以满足光纤式光热干涉气溶胶吸收测量装置的信号解调工作的要求。     

气溶胶吸收的光热干涉相位载波算法

解调算法是干涉测量的关键技术之一, 通过初步搭建的光纤式光热干涉装置对相位载波解调算法进行了仿真与实验研究。介绍了装置采用的单光路垂直反射式干涉结构, 阐述了相位载波调制解调的机理, 并利用光纤式光热干涉装置, 通过向压电陶瓷施加不同电压来模拟实际大气气溶胶吸收情况完成对相位载波算法解调能力的检验, 并与不同质量浓度NO2标准气体下的实测相位信号、仿真解调相位信号和通过干涉条纹计算法获得的结果进行对比验证, 证明相位载波解调算法可以满足光纤式光热干涉气溶胶吸收测量装置的信号解调工作的要求。     

激光自混频干涉效应中相位噪声的测量

本文研究了半导体激光器的自混频干涉效应,使用法布里-珀罗腔将输入场的相位噪声转换为强度噪声,完成了不同反馈以及不同外部距离下相位噪声的测量,并与自由运转时量子阱半导体激光器的相位噪声进行了比较.理论与实验基本一致.     

动态干涉条纹相位提取的抗干扰算法

为减小在动态干涉条纹的相位提取中噪声带来的计数误差,研究了在希尔伯特变换相位提取的基础上,利用反正切相位跳变特性,通过软件实现可逆计数的抗干扰算法。通过模拟实验对算法的抗干扰性能进行了验证,实验结果表明：所提出的相位提取算法具有较强的抗干扰性能,在信噪比为11时,算法仍然能得到正确的结果。     

基于圆载频干涉图相位解调技术的点衍射干涉术

为测量光学系统出射波前以及动态波前,提出一种基于圆载频干涉图相位解调技术的点衍射干涉术。在传统点衍射干涉仪中调整点衍射板轴向离焦量引入圆载频,通过二阶极坐标变换可以将圆载频干涉图转换为具有准线性载频特征的干涉图,从而在频域中将连续频谱转换为准离散谱,采用傅里叶变换法即可提取相位。仿真波面为利用36项Zernike多项式随机生成,在离焦17λ条件下相位恢复误差的均方根值为0.002λ。实验测量了F/10标准镜头岀射波面,测量结果与SID-4波前探测器一致;实验还实现了有机玻璃材料吸收特性的动态检测。因此采用该技术能够实现光学系统的检测以及动态波面实时测量。     

移相干涉术中有分割遮拦干涉图的相位展开

在质量图导引路径积分法的基础上,提出了一种适用于移相干涉术中有分割遮拦干涉图的相位展开方法,可以有效地解决不同有效区域之间相位展开结果不连续的问题.首先,采用图像修复方法,根据有效区域中包裹相位的纹理特征对遮拦区域进行填充,使被遮拦分割的各个有效区域连通,相位展开路径可以通过各个有效区域.在此基础上,提出了一种新的质量图,导引相位展开沿着相位变化最小的路径穿过各个有效区域之间的填充区域,以保证不同有效区域中属于同一干涉级次的包裹相位主值加减2π的倍数相同.研究结果表明,这种方法能有效地防止相位展开结果中2π整数倍的全局误差,使不同有效区域相位展开结果连续.     

远程干涉型光纤传感系统的非线性相位噪声分析

以远程干涉型光纤传感系统为背景, 研究了系统非线性相位噪声构成, 对各构成要素的具体影响进行了详细分析和综合评价, 简要讨论了噪声抑制方案. 研究表明, 系统相位噪声主要包括强度噪声转化而来的相位噪声、非线性效应引起激光 线宽展宽导致的相位噪声以及自相位调制和交叉相位调制引入的相位噪声. 受激布里渊散射和四波混频可引入强度噪声并转化为相位噪声, 对于探测带宽较窄的光纤传感系统, 四波混频引入的该部分噪声往往可以忽略. 受激布里渊散射、四波混频和调制不稳定性都可引起激光线宽展宽从而造成相位噪声的增大. 当系统信道数目较多时, 交叉相位调制对相位噪声的贡献不可忽略. 所得结论对远程干涉型光纤传感系统的实际应用具有重要的指导意义.     

基于光强迭代的单幅干涉图相位提取方法

提出了一种基于光强迭代的单幅干涉图相位提取方法,实现了对单幅干涉条纹图的高精度相位提取。首先通过对原始干涉图进行预处理得到初始相位;将初始相位引入到干涉条纹图的强度表达式中,利用最小二乘法初步得到背景光和调制光;再将初步估计的背景光和调制光代入最初干涉图的强度表达式中以求解待测相位,比较得到的待测相位和初始相位,若不满足迭代精度要求,则重复上述相位求解过程并实现迭代,若求解的相位与初始相位的均方根差值满足收敛条件,则停止迭代。进行仿真和实验研究,得到的Φ100 mm口径平面元件的测量提取结果与实际相位一致。结果表明,该方法在具有较高检测精度的同时能够有效地保证算法的稳定性。     

散斑干涉相位条纹图的频域滤波处理

为了解决在数字散斑干涉技术测量时,散斑干涉相位条纹图像中大量噪声对相位解包裹结果和精度产生严重影响的问题,介绍了一种条纹正余弦分解和频域低通滤波结合的方法,实现了散斑干涉相位条纹图的高精度滤波。该方法的基本思路是在对相位图像进行滤波处理前,先将相位图通过正余弦函数进行映射转换成两幅图,分别经过频域滤波,然后再合成为相位图。这种分解频域滤波方法可以在滤波的同时,有效保留相位跳变信息。实验结果表明：与传统的图像降噪方法相比,该方法能够在保留图像“尖峰”信息的基础上,较好地滤除图像中的散斑噪声,方法简单有效,有效解决了传统滤波方法应用在相位条纹图中,相图灰度信息丢失10%~40%的问题。     

可用于单幅闭合干涉图相位恢复的正则化相位跟随技术

在利用干涉技术检测温度、压力、形貌等物理量时,往往需要通过各种调制手段将这些物理量的信息加载到干涉条纹图样中,并通过对其进行分析而得到被测信息。当实验条件不利于实验者实施移相、加载波等调制手段时,探测器得到的往往是单幅闭合条纹,此时常用的移相解调技术和频谱分析方法等不再适用。正则化相位跟随(Regularized Phase Tracking,RPT)技术可以对单幅闭合条纹进行相位恢复,是目前针对单幅闭合条纹相位恢复最有效的方法。近年来研究者们从复杂干涉图处理能力、算法稳定性、相位恢复精度等方面对RPT技术进行了改进和发展,使其逐渐走向实用化。本文介绍了RPT技术用于单幅干涉图相位恢复的基本原理,总结了近年来RPT技术的相关改进与发展,例举了采用RPT技术进行相位恢复的应用场合,并适当推测RPT技术的未来发展方向。     

自适应统计滤波的单幅干涉条纹图相位解调研究

基于统计信号处理技术的最大后验估计原理 ,提出一种新的自适应滤波方法。该方法能有效减少干涉条纹图中的噪声 ,仅估计一幅非载波条纹图上每一点的空间频率向量的幅值和方向 ,通过解系数阵为正定阵的方程组 ,就能获得准确的条纹相位分布。通过实例说明了此方法的处理过程。     

倾斜相移闭合干涉图的非迭代相位提取方法

针对带倾斜相移误差的闭合干涉图,提出一种非迭代的高精度相位提取方法.该方法用傅里叶变换估计闭合条纹的相位,并用图像分割校正相位的符号,然后利用Zernike多项式拟合确定倾斜相移量,最后用最小二乘拟舍得到高精度相位.数值模拟结果表明:该方法的相位提取误差随着干涉图中条纹根数的增多而减小;当干涉图中条纹根数为4.5时,倾斜相移的估计误差为0.37％.实验结果表明该方法的残余误差均方根值为0.121 7rad.该方法精度高,且无需迭代计算,可应用于相移干涉测量.     

FTIR单边干涉图相位校正技术的研究与改进

基于傅里叶变换红外光谱仪干涉图的单边过零采样和非对称性,对相位校正技术进行研究和改进。针对Mertz乘积法对切趾函数的匹配性要求高,干涉图非对称切趾旁瓣抑制效果差、光谱分辨率低的缺点,综合Mertz法和Forman法的特点提出一种改进的相位校正方法。采用对称化方法将单边干涉图变换为双边干涉图、对称切趾、傅里叶变换重建功率谱,并采用对称化的双边干涉图傅里叶变换求取高分辨率的相位谱,提高相位校正的精度。通过仿真分析了非对称窗函数较对称窗函数有比较宽的主瓣宽度、高的旁瓣幅值,分辨率降低;实验验证该改进的相位校正方法功率谱误差小、计算量少,且光谱分辨率比较高,达到2cm-1。