高阶光学强度相干成像的相位恢复方法改进

为了提高强度相干方法对空间目标的成像质量,避免复杂的相位估计过程及其引入的额外误差,对高阶强度相干的相位恢复方法进行了改进.在对高阶强度相干相位测量信噪比定量讨论的基础上,选择三阶强度相干方法对远场目标测量过程进行仿真,针对相位解算过程中频谱模值传递噪声放大等问题,根据相位估计与相位测量结合的思路,提出了相位闭合正则项改进算法.通过室内强度相干成像实验,比较改进算法与最速下降法、先验信息迭代方法对相同测量结果的图像恢复效果.实验结果表明,改进算法得到的图像误差值低于原有方法,较为有效地提高了成像质量.     

基于强度传输方程的相位检索

为了从直接测量的强度图像中计算出相位信息,研究了基于强度传输方程的相位检索技术.设计了一个实用的相位检索系统,包含经典傅里叶相位检索和基于整体变分的相位检索算法.通过测量聚焦平面和前后散焦平面光波场的空间强度,求解二阶微分方程得到相位.与迭代相位检索技术相比克服了其迭代不确定性、收敛速度慢等缺点.实验表明,利用强度传输方程检索相位的方法可以有效快速地从强度图像中计算出相位|整体变分算法相比傅里叶算法,在恢复相位的同时可以保持良好的边缘.     

相位恢复测量长焦距镜面

针对长焦距光学镜面检测中测量光路长,振动干扰较大,不容易用干涉仪进行面形检测的难题,提出了一种基于相位恢复技术的测量方法.该方法用相干点光源照射被测镜,采集一系列焦点附近的衍射光强图像,然后运用相位恢复算法得到镜面面形误差分布.利用衍射光学理论建立了测量模型,并用基于Gerchberg-Saxton算法的迭代算法求解模型.然后仿真验证了光场传播模型的可靠性和测量算法的有效性,并用该方法测量了一块曲率半径8 700 mm,口径145 mm的球面镜.通过对光强图像位置进行优化,并选择适当离焦位置的图像,最终恢复出了镜面面形.相位恢复测量的结果与动态干涉仪测量结果基本一致,并且测量装置简单,对环境要求低.     

相位恢复测量长焦距镜面(英文)

针对长焦距光学镜面检测中测量光路长,振动干扰较大,不容易用干涉仪进行面形检测的难题,提出了一种基于相位恢复技术的测量方法.该方法用相干点光源照射被测镜,采集一系列焦点附近的衍射光强图像,然后运用相位恢复算法得到镜面面形误差分布.利用衍射光学理论建立了测量模型,并用基于Gerchberg-Saxton算法的迭代算法求解模型.然后仿真验证了光场传播模型的可靠性和测量算法的有效性,并用该方法测量了一块曲率半径8700mm,口径145mm的球面镜.通过对光强图像位置进行优化,并选择适当离焦位置的图像,最终恢复出了镜面面形.相位恢复测量的结果与动态干涉仪测量结果基本一致,并且测量装置简单,对环境要求低.     

精密干涉测量中余弦依赖算法的误差研究

针对相移算法中以双光束干涉为基础的余弦依赖算法的算法误差,以菲佐干涉仪精密测长为应用背景进行了研究。利用干涉光学的基本原理导出了在多束光干涉（经光学面多次反射、透射）的情况下干涉光强随相位分布的精确公式;通过数值分析得出了在给定参量条件下忽略次级反射光所引入的光强误差达到14．4％;对余弦依赖算法所引起的光强误差分别就四步算法、五步算法得出了不同的依赖关系：由于四步算法比五步算法对光强误差更为敏感,因而五步算法具有更高的准确度;对于两个反射面均具有较高反射率的情况,必须考虑算法误差;当测长准确度要求不太高时,在两个或至少其中一个反射面反射率较低的情况下可以忽略算法误差的影响。     

基于强度传输方程的相位检索

为了从直接测量的强度图像中计算出相位信息,研究了基于强度传输方程的相位检索技术.设计了一个实用的相位检索系统,包含经典傅里叶相位检索和基于整体变分的相位检索算法.通过测量聚焦平面和前后散焦平面光波场的空间强度,求解二阶微分方程得到相位.与迭代相位检索技术相比克服了其迭代不确定性、收敛速度慢等缺点.实验表明,利用强度传输...     

光强传播方程相位恢复的实验验证

在傍轴近似条件下, 可以利用光强传播方程(ITE)对畸变波前进行相位恢复。对于衍射受限的光学系统, 很难获得相位的边界径向斜率值作为边界条件, 此外, 要获得精确的圆域边界采样值也并非易事。为了克服上述困难, 进一步研究了相位恢复改进方法, 即改变了方程的表示形式、计算区域和边界条件, 并用多重网格法进行求解获得重构相位, 最后再将其修正。为了验证算法的精确性, 搭建了实验系统对算法进行实验验证, 将由CCD探测的光强分布进行计算得到的相位分布与相位恢复算法(PR算法)的结果进行比较, 证明在光强分布非均匀的情况下, 该方法恢复的相位均方根误差能够达到017 λ, 可以适用于波前传感精度要求不是很高的相位恢复。     

基于多光束干涉原理的相移算法研究

针对多光束干涉原理的相移算法包括算法误差及步长优化等问题，以菲索干涉仪精密测长为 应用背景进行了研究.利用干涉光学的基本原理导出了在多束光干涉(经光学面多次反射、透 射)的情况下干涉光强随相位分布的精确公式；在此基础上，通过数值分析的方法得出了利 用菲索干涉仪精密测长的相移步长的优化取值范围和干涉光束最佳初相位差的范围；对余弦 依赖算法所引起的光强误差分别就四步法、五步法得出了不同的依赖关系；并对多光束干涉 算法中几种主要的误差来源进行了不确定度评估. 关键词： 相移算法 多光束干涉 精密测长 不确定度     

Improved intensity-optimized dithering technique for 3D shape measurement

The recently proposed optimized dithering techniques are able to improve measurement quality obviously. However, those phase-based optimization methods are sensitive to the amount of defocusing while intensity-based optimization methods cannot reduce the phase error efficiently. This paper presents a novel method, minimizing a proposed objective function named intensity residual error (IRE), as well as a novel framework, optimizing pixels group by group, to construct binary patterns for high-quality 3D shape measurement. Both the simulation and experimental results show that this proposed algorithm can achieve phase quality improvements over other recently optimized dithering techniques with various amounts of defocusing.     

一种线性相位反演波前测量方法的实验研究

 描述了基于线性相位反演算法的波前传感器的基本组成结构。在实验室内搭建了相应的演示验证实验装置，对该种新型波前测量方法的特性进行了实验研究。实验计算结果表明：这种根据入射全孔径远场光斑强度分布直接反演出入射波前相位的线性相位反演新方法原理是可行的。只需实时测量一幅焦平面图像，根据焦平面上光强分布的微小变化量与入射孔径面上的相位分布的微小变化量之间存在的近似线性关系，就可以用模式复原的原理复原出入射波前相位。传感器对于离焦，像散等像差模式都可以进行较为准确的测量，误差率都小于1。对称系统像差中存在少量的非对称像差对复原结果的准确性影响不大。     

一种基于移相误差估计的5步移相算法

移相误差是用移相法进行相位测量的主要误差。本文提出一种 5步移相算法 ,分两步进行相位计算 ,首先估计实际步进移相的线性移相误差 ,然后再利用此移相误差估计值计算相位分布。移相误差估计公式和相位计算公式简洁 ,算法简单易行 ,对线性移相误差和二次谐波的敏感度低 ,可基本消除线性移相误差对解调相位的影响。对本文提出的算法进行了仿真研究 ,同时给出了 Hariharan 5步算法、Surrel 6步最小算法的仿真结果。结果表明 :本算法明显优于以上两种算法 ,可基本消除线性移相误差引起的相位偏移。本算法适用于作等步移相的相位测量或移相的标定。     

相位移法中的量化误差效应

对相位移测量技术中的条纹强度量化所引起的相位误差进行了定量研究，给出了相位测量误差与条纹强度误差之间的统计关系式，对条纹强度量化误差进行傅时叶级数展开，并利用条纹强度与相位的关系求得该级数的系数，进而得到的标准Ｎ幅算法的相位的解析表达式，最后对强度量化误差效应的一些影响因素进行了讨论。     

光学系统和电子显微系统中振幅和相位恢复问题的算法

由强度测量来恢复相位,是个很重要的问题之一,它普遍地出现在物理学的许多领域中。对于电子显微术中由双强度测量恢复相位的比较成功相有效的算法是1971年Gesrchbe-rg-Saxton提出的一套算法(GS),随后,不少学者又提出有效的修正的GS算法。由单强度测量来恢复相位问题,也有过讨论,可以利用解析函数特有性质或应用取样定理来实现相位恢复。但上述方法只适用于Fourier相位问题。1981年以来,本文作者根据一般光学变换理论公式,提出了一般变换下系统的振幅-相位恢复的更普遍的描述方式,并由严格的数学推导,给出确定振幅-相位的方程组,利用迭代算法,可以处理各种各样的振幅-相位问题。本文对上述诸种算法做了综合性评述,指出算法的优缺点。还举些有实际意义的例子,来说明算法的应用,理论计算与模拟实验结果也作了介绍。这是一个尚待进一步开发的有实用价值的研究领域。     

声强探头相位误差的电补偿技术

以双传声器技术为基础的声强测量方法对两个传声通道的相位特性非常敏感，本文介绍了对声强探头进行相位匹配以及使用精密相位计进行测量的方法和实例，通过在声强探头后级电路中采用一种称相网络进行相位补偿，在大部分频段上减少了相位误差，可以改善声强测量的精度。文中提供了基本的电路原理图和典型的实验数据。     

A review of iterative phase retrieval for measurement and encryption

Phase retrieval technique is regarded as one of the most significant tools to solve optical inverse problems. Several phase retrieval algorithms are discussed in this review. The occurrence of ill-posed conditions often makes the calculation difficult. As a synthesis, the multiple-image phase retrieval technology is invented to obtain more accurate convergence result in iterative computation. The multiple-input retrieval scheme can attach new constraints on convergence as a new limitation. As an indirect measuring method, it will make it possible to reconstruct the distribution of intensity and phase in an imaging or measurement system, where data processing is executed by computer. Moreover, the retrieval method has been applied for image encryption successfully. Finally, the development and application of the iterative phase retrieval are overviewed.     

Generalized phase shifting interferometry based on Lissajous calibration technology

The feasibility and limitation of directly using the Lissajous figure and ellipse fitting technology to correct the phase extraction error in generalized data reduction algorithm (GDRA) for phase extraction of randomly phase-shifted interferograms are analyzed and discussed. By combining Lissajous calibration technology, which represents the transformative process of Lissajous ellipse to circle (ETC), with advanced iterative algorithm (AIA) we propose a novel generalized phase shifting algorithm (GPSA), and here it is abbreviated as ETCI method. The phase distribution and phase shifts that extracted from randomly phase shifted interferograms by use of ETCI are more accurate and the whole process is far faster than AIA. Additionally, proposed method is less sensitive to non-uniform background intensity and modulation amplitude. Numerical simulations are conducted to evaluate the performance of ETCI, and some influential factors are elaborated. The experimental results further indicate proposed method is suitable for truly random phase shifted interferograms.     

在随机和倾斜移相下光强归一化的迭代移相算法

由于存在振动和导向误差,干涉仪移相器在移相过程中产生随机的平移误差和倾斜误差,会给测量结果带来影响。因此高精度测量中对环境的稳定性和移相器的性能要求很苛刻。为了降低此种要求,针对随机和倾斜移相下干涉图背景光强和调制度的不均匀会影响移相平面计算的问题,对采集得到的干涉图做归一化处理,并利用迭代最小二乘法对归一化的干涉图做相位求解。迭代过程中,将干涉图分块来求解移相值,并对各移相值做平面拟合得到移相平面。仿真结果表明,该方法消除了背景光强和调制度的不均匀对倾斜系数计算的耦合作用,能够有效补偿倾斜移相误差对面形相位的影响,与其他方法相比,具有收敛速度快、求解精度高的特点。实验结果进一步验证了该方法的有效性。     

基于差分吸收激光雷达的一种新的对流层臭氧浓度反演算法

差分吸收激光雷达探测对流层臭氧浓度时,气溶胶的干扰会造成较大的误差。提出了一种算法,该算法能够同时反演得到对流层臭氧浓度和气溶胶消光系数,减少气溶胶对反演结果的影响。使用实验数据,分析计算了气溶胶雷达比,气溶胶波长指数、标定点气溶胶后向散射比各种变化参数对反演结果的误差。结果表明,1 km以下,各种变化参数造成的反演误差小于8%,1 km以上臭氧浓度误差主要来源于信号和背景噪声,各种参数反演误差小于3%。最后给出了利用该算法得到对流层臭氧浓度和气溶胶的消光系数垂直廓线,并和传统的双波长差分算法反演结果作了比较分析。实验结果表明该算法是可行的,该算法可以减少气溶胶对差分吸收激光雷达测量结果引起的误差。     

相移相位测量的全息再现算法及测量误差分析

用全息原理和方法研究相移相位测量,得到了N步整周期相移再现物光波复振幅同步叠加函数(N步相移函数),同时提出一种新的相移相位测量误差分析和最大误差估计方法。N步相移干涉图是以理想平行光为参考光的无衍射同轴全息图,将其与对应的相移参考光相乘后求和得到N步相移函数;在理想情况下,这是一种复振幅分离、测量和物光波复振幅函数同步叠加方法,存在误差时计算出的相位是最小二乘方法的最佳期望结果。利用N步相移函数得到的N 1步相移函数,说明非理想N步相移函数是理想N步相移函数与误差函数之和,可以把相位型误差转化为与振幅和强度相对误差同等的误差来对待,降低了相位测量中误差估计的难度,给出了N步相移算法最大误差的估计方法和公式。     

Study on a novel phase-recovering algorithm for partial intensity saturation in digital projection grating phase-shifting profilometry

The phase error and its periodic behavior caused by the partial intensity saturation of fringe patterns in the digital projection grating phase-shifting profilometry are studied. A saturation coefficient K is defined to describe the saturation degree of the fringe patterns projected on a measured object. The distribution of the phase error is analyzed through a simulation method. Moreover, a novel phase-recovering algorithm is studied to resolve the phase error issue introduced by the partial saturated fringe patterns. The real phase can be recovered by the unsaturated intensity values. A series of results corresponding to different degrees of saturation defined by K are given to prove the validity of the proposed algorithm.