快速傅里叶变换的并行计算

本文是"快速傅里叶变换向量化程序包"研制工作的部分内容,主要介绍一维、二维复数据快速傅里叶变換的并行计算方法及其计算效率。在银河机(YH—1)上的计算实践表明,向量运算比相应的标量运算,平均可提高功效数十倍。     

傅里叶变换滤波-差分吸收光谱法在烟气SO_2在线监测中的应用研究

差分吸收光谱(DOAS)法是利用气体分子窄带吸收特征来测量气体浓度的一种新型的光谱测量技术。本文分析了紫外差分吸收光谱(DOAS)法检测SO2数值处理上的问题,提出傅里叶变换滤波分析方法。本方法可有效减少各种干扰对SO2浓度计算的影响,特别是对与SO2有重叠差分吸收光谱但有不同频谱特性且未知气体的干扰有很好的效果。     

一种基于傅里叶变换的分析载波条纹的新方法

针对传统傅里叶变换法处理光载波干涉条纹图时会有边缘效应产生的问题,提出了一种基于傅里叶变换法的外推延拓方法,并从理论上进行了数学推导。为了验证这种方法的正确性,分别对一维数字信号和二维空间载波条纹图进行了数值模拟,进一步分析了误差产生的原因,并与传统的傅里叶变换法对比。结果表明该法可以有效抑制传统傅里叶变换法处理光载波干涉条纹图时边缘效应所造成的较大误差,在基于空间域相位调制技术的波面干涉测量中,对空间载波条纹图进行处理,可以使相位的计算精度达到3.3 mrad。     

光学元件波前梯度的数值计算方法

 惯性约束聚变系统中光学元件的波前梯度均方根是一个关键参数,对其数值计算涉及到的空域处理、频域滤波及梯度算法等关键技术进行了理论分析。分别采用最简单差分算法、中心差分算法、最小二乘拟合算法、“五点法”对实测波前数据进行了梯度均方根值计算。结果表明波前数据的空域处理采用Quad-flip技术较为合适;频域滤波器的选用上应着重考虑滤波的有效性。对于原始波前,4种算法计算梯度均方根值的差别小于0.01 λ/cm(λ=632.8 nm);而对于截止频率为0.0303 线/mm的低通滤波后波前,其差别小于0.001 λ/cm,该差别对计算结果的影响可以忽略。     

一种新的过零单边干涉图切趾加权函数

提出一种新的切趾函数,用此切趾函数对过零单边干涉图加权,使具有相同光程差的两点光强与旋转因子的乘积之和为它们的平均值,减小了由于计算过程中零光程差点附近的数据被利用两次造成的误差.研究结果表明:与Mertz提出的切趾函数相比,本文提出的切趾函数对非对称性较严重的过零单边干涉图数据处理有更好的加权效果,能够有效减小光谱失真,同时计算效率得到了一定程度的提高,可广泛应用到傅里叶变换光谱仪中的过零单边干涉图处理中.     

傅里叶变换的局限性及其改进方法

从对傅里叶变换的局限性分析入手 ,揭示了窗口傅里叶变换、小波变换和分数傅里叶变换的出现是傅里叶变换本身发展的必然 ,阐明了其改进方法产生的原因及其优缺点 ,分析了其改进方法与傅里叶变化的关系 ,这些有助于加深对傅里叶变换的认识。     

连续振动悬臂梁的瞬时三维形貌测量

提出一种连续振动悬臂梁瞬时三维形貌的测量方法。利用影栅云纹法在连续振动悬臂梁表面产生包含有三维形貌信息的云纹,采用准直双光源提高亮度,通过高速摄相机获取随时间变化的一系列变形条纹,利用傅里叶变换方法对序列图像进行处理,采用补零延拓法对数据进行处理,以减小频谱泄漏所引起的相位计算误差。将相位解包裹方法用于动态过程瞬时三维相位场的相位展开中,重建了悬臂梁的瞬时三维形貌,再现了悬臂梁的连续振动过程。     

基于数字散斑照相术测量刚体面内位移

数字散斑照相术通常测量刚体的面内位移。从基本原理着手,研究了基于散斑照相术的两种常用方法,即数字图像相关法和傅里叶变换法。论述了数字图像相关法中的亚像素梯度算法,讨论了如何选择子区的大小,优化测量结果;傅里叶变换法通过对散斑图进行傅里叶变换和数学形态学等一系列操作,获得精确的条纹间距,从而更好地计算面内位移。实验结果表明,傅里叶变换法的测量精度要高于数字图像相关法。     

复化辛普森法和傅里叶法在衍射计算上的比较

通过快速傅里叶变换(FFT)法和复化辛普森法对衍射的数值进行计算,可以看出快速傅里叶变换法是一种积分变换法,而复化辛普森法则是迭代相加的方法.通过计算得出了FFT法的计算速度高于复化辛普森法,计算精度则远低于复化辛普森法;复化辛普森法适合近距离菲涅尔衍射和近场衍射,而FFT法不适合.     

MICRO—FTIR法研究人体大动脉硬化

本文用Ｍｉｃｒｏ－ＦＴＩＲ光谱法研究了人体大动脉硬化的不同阶段。结果表明，１７３５ｃｍ＾－＾１处代表脂类物质吸收的特征峰的强度随病情的不断恶化而增加。     

An improved windowed Fourier transform for fringe demodulation

A modified algorithm of windowed Fourier transform (WFT) for phase retrieval from electronic speckle-shearing fringe patterns with carriers is proposed. The algorithm is based on the introduction of a fast Fourier transform (FFT) in WFT to reduce computation time for fringe demodulation. Since boundary effects in FFT will influence the accuracy of phase retrieval, the Gerchberg method is employed to extrapolate the fringe pattern at the boundaries to reduce boundary effects. A theoretical analysis of the algorithm is presented. Both simulated and experimental results show that the proposed method has reduced the computation time significantly compared with the convolution method of WFT without sacrificing measurement accuracy.     

空间调制型干涉光谱成像仪数据处理方法

干涉型光谱成像技术是一种新型的光谱成像技术,近些年来发展迅速。干涉成像光谱仪获得的是间接数据干涉图,不能被用户直接使用,需要进行干涉数据反演处理,包括数据预处理(干涉图修正)、切趾、相位修正、傅里叶变换、光谱辐射定标等一系列复杂的处理,目前国内外尚未有文献对干涉数据处理技术进行全面的分析,文章基于作者单位对此技术多年的研究,针对空间调制型干涉光谱成像仪的数据处理方法,结合环境与灾害卫星超光谱成像仪的数据,提出了一套有效的数据反演方法和流程,获得了很好的数据反演结果。     

改进傅里叶变换轮廓术的测量算法研究

提出一种适用于更普遍情况的计算方法.推导了投影装置与成像装置双瞳不等高且双轴不共面时的条纹获取公式.推导出新的相位获取公式以及相位高度映射公式.使得系统可以在双瞳连线不平行参考面,且双光轴也不共面时进行正确的三维测量.与传统的傅里叶变换轮廓术(FTP)相比,该算法实验系统的搭建更容易,投影装置和成像装置的摆放位置町以随意移动以方便全场条纹的获取;与改进的傅里叶变换轮廓术(IFTP)相比,只需要对系统测量三个长度量,系统参量的获取更容易和准确,从而误差变小,测量结果更加接近真实.     

Method for eliminating zero spectrum in Fourier transform profilometry

Windowed Fourier transform (FT) is introduced into Fourier transform profilometry (FTP) to extract zero component included in deformed fringe pattern without capturing two fringe patterns with π phase difference. First, we extract zero component of deformed fringe image using windowed FT and normalize it, then calculate the normalized Fourier spectra of deformed fringe image, finally subtract the zero component from Fourier spectra of deformed fringe image. We give the theoretical analysis of the proposed method. The experiment is carried out to demonstrate that the method can eliminate zero component and extend the measurable slope of height variation to nearly three times of the conventional FTP.     

傅里叶变换轮廓术中相位失真的预矫正方法

介绍了一种基于傅里叶变换轮廓术的三维面形测量系统中相位失真的预矫正方法。由于投影系统和成像系统的空间三角位置关系、投影仪的发散照明和两套系统蕴含的光学畸变,投影一幅相位与空间坐标成理想线性关系的标准正弦光场,拍摄到的条纹相位和空间坐标不再呈线性分布,引起相位失真,甚至会影响系统测量精度。该方法借鉴反向条纹投影的思想,计算拍摄光场的非线性相位分布与理想的线性相位分布之间的关系,预先矫正,反算出一个新的待投影光场。实验结果表明这种方法能有效地减小该类相位失真所导致的测量误差,获得了更好的测量结果．     

基于相位相关性的傅里叶变换光谱数据的相位误差修正方法

 相位误差的校正是傅里叶变换成像光谱仪数据处理的重要环节之一。针对干涉曲线的对称性特征,利用相位相关性计算方法,提出一种新的傅里叶变换光谱数据的相位校正的方法。将相位相关性拟合为Sinc函数,计算亚像素的偏移量,采用离散余弦变换转换到光谱域。使用标准光谱库中的源光谱数据作为原始数据,将通过离散余弦变换仿真的干涉数据与该方法得到的结果进行比较和验证,并与Mertz方法进行了对比。结果表明：该方法精度优于Mertz方法,并且计算简单。     

光纤傅里叶变换光谱仪干涉图的对称化处理

偏离中心条纹的抽样以及光纤干涉仪的缺陷引起光纤傅里叶变换光谱仪(FFTS)输出的干涉图不对称,导致由傅里叶余弦变换计算得到的光谱带有相位误差,影响光谱的线型。文章首次将卷积方法应用到光纤傅里叶变换光谱仪中干涉图的对称化处理,利用干涉图的中心部分计算出相位误差,通过傅里叶变换得到了对称化处理函数,用卷积运算在时域完成了光谱的相位误差校正。实验研究表明,在FFTS中该方法能在时域有效地实现干涉图对称化,校正了光谱的相位误差。该方法不仅克服了双边干涉图的缺点,而且校正的结果有较高的准确度。     

基于傅里叶频谱分析的相位测量轮廓术系统Gamma非线性校正方法

数字投影和成像系统的Gamma非线性效应是导致相位测量轮廓术（PMP）测量误差的重要原因。目前大多采用多帧条纹图进行Gamma校正,使测量的实时性受到限制。提出了一种Gamma校正方法,利用正交光栅像的傅里叶频谱分布计算Gamma值,再根据此Gamma值对投影相移条纹进行Gamma逆变换,实现投影条纹输入值的提前校正,以获取具有良好正弦性的结构条纹,从而降低PMP相位测量误差。校正过程中只需一帧条纹图,而且考虑了测量系统的离焦效应。实验证实了该方法的有效性和正确性。     

用全息透镜记录多重分数傅里叶变换全息图

提出一种全息透镜记录多重分数傅里叶变换全息图的新方法，它能在三维空间不同位置和不同方向上分别再现所记录的多个物体的图象，分析了利用全息透镜记录多重分数傅里叶变换全息图的原理及特点，制作了多重分数傅里叶变换全息图，并获得了满意的再现结果。     

新型傅里叶变换光谱探测系统相位误差校正方法

为了降低基于MEMS(micro-electro-mechanical systems)微镜的傅里叶变换光谱探测系统复原光谱仪的畸变,提高复原光谱的质量,减小系统相位误差的影响,提出了一种系统相位误差的修正方法。首先分析了基于MEMS微镜的傅里叶变换光谱探测系统中相位误差的主要来源,分析结果表明：该新型傅里叶变换光谱探测系统的相位误差来源于光程差的零点漂移,该相位误差可以通过改进该系统干涉仪的结构引入过零采样并利用Mertz乘积法进行修正。搭建了光谱探测系统的实验平台,对该相位误差校正方法进行了实验验证,实验结果表明：采用了改进干涉仪并利用Mertz乘积法校正误差后的光谱探测系统所测得的复原光谱质量得到明显改善,去除了原复原谱畸变产生的负峰,且旁瓣得到明显抑制。该相位误差校正方法能够很好的降低相位误差对系统性能的影响,能够有效地提高系统的光谱探测性能。在提出的基于MEMS微镜的新型傅里叶变换光谱探测系统的基础上,分析了该系统相位误差的来源,提出了一种系统相位误差的修正方法,提高了系统的光谱探测性能。