高斯相关随机表面光散射散斑场相位奇异及其特性的理论研究

通过对二维高斯相关随机表面在远场平面上产生的散斑场及其相位的计算模拟, 发现在某一平面上除了实部零值线与虚部零值线有传统相交之外, 还有相切和重合的情况.切点和重合线也可以形成相位奇异, 并且其周围相位分布与传统的实部零值线与虚部零值线相交形成的奇点周围相位的螺旋变化不同, 呈现出对称性和不连续性的特征. 随着光波的传播, 在不同的观察面上散斑场复振幅的实部零值线和虚部零值线的相对位置经历了由相切到重合再到相交的演变过程, 相位奇异现象也随之发生变化.关键词：相位奇异相位跃变散斑场     

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.     

方形环孔和圆环孔形成的散斑场及相位奇异特性的理论分析和实验验证

通过对方形环孔和圆环孔形成的散斑场及其相位奇异性的研究,发现在某一平面上实部和虚部零值线的位置关系出现了复杂相切相交的情况,复杂相切相交点也形成相位奇异,并且其周围相位分布与传统的实部零值线与虚部零值线相交形成的奇异点周围相位的螺旋变化不同,呈现出对称性和不连续性的特征.方形环孔和圆环孔形成的散斑场的散斑颗粒分布与传统方孔不同,受散射孔径的调制分别排成水平或竖直的条纹状轮廓和类似于圆形的轮廓,在散斑场的局部光强图中出现了很多类似于圆形的黑暗区域,称其为\"光强暗核\",其中心对应着一个相位分布较均匀的涡旋.     

散斑场相位涡旋及其传播特性的实验研究

用CCD记录散斑场和参考光的干涉图样, 利用傅里叶变换法实现了散斑场复振幅以及相位分布的实验提取, 在复振幅实部零值线和虚部零值线切点处出现一种新的相位奇点, 与两条零值线交点处的传统相位奇点周围单调螺旋变化的相位分布不同, 绕切点一周的相位具有先增大后减小几乎呈对称性分布的特性, 为了解释这种新的相位奇点,提出了准孪生相位涡旋的概念. 在理论研究散斑场强度的纵向自相关函数的基础上, 实验观察散斑场相位涡旋的传播, 发现在光强纵向相关长度范围内的不同传播距离处的观察面上, 复振幅实部和虚部随机变化而涡旋的关键词：相位涡旋散斑干涉     

时间序列散斑干涉场中相位函数的计算

散斑干涉或电子散斑干涉计量应用于连续运动或变形物体时,就会产生一个时变的散斑干涉场,通过摄像系统连续地采集这一时变散斑场,可获得一系列时间序列散斑干涉图,通过对序列散斑图上各点在时间轴上光强值的变化进行分析,提出了一种基于时间序列的分析方法,用以提取干涉场的相位值,进而获得物体全场变形信息。     

纳米磁流体动态散斑干涉场的奇异场分布

通过对由纳米磁流体运动引起的双扫描激光散斑干涉光场及其变化做拉盖尔-高斯滤波下的傅里叶变换,获得动态散斑干涉图对应的光学涡旋分布及变化特征。分析认为,光学涡旋分布及变化对应着由纳米磁微粒及其团族的运动所引起的动态散斑变化。当纳米磁微粒聚集到分散的过程中,动态激光散斑光场的奇异场分布发生相应变化,说明了磁流体运动过程对应涡旋密度有先大后小,再由小变大的两个变化;并且光学涡旋密度高,对应较小颗粒的散斑场,磁流体处于稳态的状况;光学涡旋密度低,对应较大颗粒的散斑场,对应着磁流体激烈的运动。研究结果体现了奇异场分布变化和纳米磁流体动后趋稳的过程存在对应关系。     

相位互异散斑校正技术研究

相位互异散斑（PDS）是一种新颖的成像技术，可用来克服由于未知相差（如大气扰动）带来的图像退化。利用泽尼克多项式拟合未知扰动造成的相位失真，并用一对图像求得波前相位。从分析相位互异散斑技术的机理出发，使用遗传算法作为迭代算法，基于仿真实验数据验证了该技术的可行性，并在仿真实验中分析影响该技术性能的一些因素，如泽尼克多项式模式和湍流大小的影响等。这些研究结果为探索模糊图像恢复提供了新的途径。     

基于统计滤波的单幅散斑条纹图的相位恢复技术

基于统计信号处理技术的贝叶斯（Bayes）估计原理,提出一种新的滤波方法。该方法能有效减少散斑条纹图中的噪声,而且仅用一幅散区斑条纹图就能获得准确的条纹相位分布,通过实例说明了该方法的处理过程。     

串级散斑场动态特性的研究

本文用统计光学方法推导了由两个漫射体形成的串级散斑场的统计性质。得出了漫射体的运动速度v与相关时间ι_c成线性的关系,讨论了经过三次随机调制的串级散斑场的斑纹平均半径较之一次调制斑纹半径为小。理论与实验结果符合得很好。     

数字散斑干涉形变测量中基于多CCD的相位拼接

在数字散斑干涉测量中,对于给定尺寸的CCD,很难在不影响形变测量横向分辨率的情况下扩大视野.针对该问题,提出了一种在不影响横向分辨率的情况下拼接多个子图像相位以扩大视野的方法.设计并搭建了一套多CCD实验装置来获取多个子图像.利用重叠区域解包裹后的相位图估计相邻子图像之间的相对位置并补偿相位偏差,实现正确的相位拼接.为...     

High Accuracy Phase Measurement in Phase-Shifting Speckle Interferometry

A method for accurately measuring information about the deformation of a rough surface object using a phase-shifting speckle interferometer with a television camera and a computer is considered. In this case, the intensity change of the speckle by phase-shifting varies randomly in space because of the statistical property of the speckle. Then, at points with small intensity change, the accuracy of the phase measurement is affected significantly by the quantization error of an analog to digital converter for data recording. To improve the accuracy, the statistical property of the interference speckle must be clarified. This is done theoretically and experimentally, and the experimental results show that higher measurement accuracy can be attained by selecting large amplitude points.Presented at 1996 International Workshop on Interferometry (IWI ‘96), August 27–29, Saitama, Japan.     

粗糙表面相关结构对远场散斑相位差统计性质的影响

假设弱散射体粗糙表面高度起伏服从高斯统计，在表面高度起伏分别服从高斯相关，指数相关，圆形相关的情况下，分析了由弱射体产生的远场高斯斑场相位差的条件统计分析。     

Measurements of femtosecond temporal speckle field of a random medium

The femtosecond temporal speckle field of a random medium is studied theoretically and experimentally. Femtosecond temporal speckle arises from the interference of multiple randomly scattered electric fields. The femtosecond temporal speckle field is measured with a cross-correlation frequency-resolved optical gating method. The spatial average of the speckle field yields a smooth transmitted profile. The speckle field is a circular complex Gaussian variable because the scattered light beams from different trajectories have no correlation with each other. The field and the intensity profiles of individual speckle spots fluctuate randomly in time. The ensemble average of the temporal intensity profiles converges, thereby yielding the photon travel time probability distribution function.