基于相移和非相干成像的反射镜面形测量方法

提出一种新的反射镜面形测量方法。这种方法采用非相干成像和相移技术，CCD摄像机经待测反射镜和相同位置处参考平面镜分别对由计算机产生的正弦光栅进行成像，通过相移技术得到各自的相位分布，从而计算出正弦光栅的相位变化。推导了相位变化与待测反射镜面形梯度的对应关系，提出分别对反射镜进行水平和垂直2个方向光栅相位测量，通过计算可得到梯度分布，由此重建待测反射镜面形。测量中，光栅由计算机产生，可以实现精确的相移，而且可以方便地调节光栅的周期以及方向。计算机模拟和实验表明这一技术的可行性。与传统的干涉计量相比较，这种方法具有结构简单、成本低和灵活性高等优点，特别适用于非球面反射镜和波前变化范围较大的反射镜面形测量。     

一种正弦光栅的设计与性能分析

在通过相位获取物体三维轮廓的光学三维测量技术中,需要向被测物体表面投射正弦光栅,为提高光栅投影正弦图样的明暗对比度,引入电子工程中的脉冲宽度调制方法设计正弦光栅。首先从理论上分析了高频三角波调制正弦波设计正弦光栅的可行性,描述了三维轮廓测量中光强分布函数,给出生成正弦光栅的具体例子;最后,分析了该光栅的频谱特性。     

DMD芯片在光栅投影三维轮廓测量技术中的应用

光栅投影成像法经常用于物体的非接触形状测量和形变测量。通过莫尔相移法,可以实时获得物体表面的等高轮廓线。但是在测量高速运动物体三维轮廓图像时误差较大,因为相移法需要拍摄几张经过相移后的变形光栅。在加入了DMD芯片后,可以在CCD的一帧图像时间内完成所有的相移后变形光栅的图像拍摄,有效地降低了高速运动物体三维轮廓成像的误差。     

基于主动条纹偏折术的透明相位物体波前测量方法

采用主动条纹偏折和相移技术提出一种新的相位物体波前测量方法。在已标定的摄像机系统中,通过相移和移动条纹显示屏可精确测量相位物体引起的成像光线偏折,从光线偏折分布中提取波前梯度分布,进而计算出待测波前分布。首先在液晶显示屏上分别显示水平和垂直两个方向的正弦灰度调制条纹图,用CCD分别记录下原始条纹图和经过待测物体后的变形条纹图,然后移动液晶显示屏,再次记录下相应的条纹图,可计算出透明相位物体引起的偏折角及其波前分布。通过对正透镜的实际测量,证明了该方法切实可行。     

基于一维经验模态分解的非等步在线三维面形测量

提出一种基于一维经验模态分解(EMD,empirical mode decomposition)的像素匹配方法,应用于在线三维面形测量。首先由计算机产生一固定正弦光栅条纹图,利用DLP投影仪投射到被测物体表面,物体在线运动将产生等效相移,由CCD相机采集5帧任意步长的受物体面形调制的变形条纹图。由于物体的运动使得几帧变形条纹图中的物体像素不对应,因此需要对变形条纹图进行像素匹配。通过对采集到的5帧变形条纹图进行一维EMD,可以得到与待测物体形貌变化一致的模态图像分布,然后通过大津法对其进行二值化处理,并截取可靠性较高的部分作为像素匹配模板进行像素匹配,计算出相应的等效相移量。最后利用五步非等步相移算法解相,并恢复出被测物体的三维形貌。计算机仿真与实验验证了本文方法的有效性。     

光栅成像位置传感器中的偏振调制技术

提出了一种用于光栅成像位置传感器的偏振调制技术,利用米勒矩阵对其调制原理进行了详细的分析。该偏振调制器主要由起偏器、萨伐尔板、两块1/4波片、光弹调制器和检偏器构成。起偏器、萨伐尔板置于探测光栅之前,在探测光栅位置上形成两个错位的偏振方向正交的像光栅。两块1/4波片、光弹调制器和检偏器置于探测光栅之后,实现对莫尔信号的高频调制。该偏振调制技术消除了光源光强波动和电路增益变化引入的测量误差,抑制了杂散光、探测器噪声对测量结果的影响。实验验证了该偏振调制技术的有效性,结果表明这一技术使光栅成像位移传感器获得了优于12 nm的重复测量精度。     

基于图像拼接和双频投影栅线法的三维形貌测量

为解决采用光栅投影式三维轮廓术测量物体三维形貌时,出现的条纹图样的不连续性,利用计算机编程,生成由两种不同频率合成的复合光栅,将它投影到被测物体上,并将被测物体放在精密的旋转平台上,通过二次成像后对两幅图像进行图像拼接,得到清晰的被光栅调制的物体图像,再对图像进行傅里叶变换,然后采用滤波器滤出相应的高频和低频成分,利用低频光栅的相位差辅助解出高频光栅的真实相位差,从而实现物体的三维形貌重建.结果表明,本方法简单、精度高,可以成功解决有突变面形和投影时具有阴影的物体的三维形貌测量问题.     

基于“2+1”相移算法的正交复合光三维测量方法

提出一种基于"2+1"相移算法的正交复合光栅投影三维测量方法。用2帧相移量相差为π/2的正弦光栅加1帧背景光代替传统正交复合光栅相位测量轮廓术(OCGPMP)中3帧等相移正弦光栅,并将受背景项调制的载波频谱放在受2帧正弦相移光栅调制的载波频谱中间,由于背景项只有直流分量对载波的调制,与相邻调制载波交流调制成分不会发生频谱混叠,从而拓展了两相移光栅的载波频谱宽度,有效减少了频谱混叠,降低了相位测量误差。计算机仿真和实验结果表明,该方法将测量精度提高到传统OCGPMP的1.74倍。     

基于相移与调制度比的结构光三维面形垂直测量方法

为了兼顾调制度测量轮廓术的测量速度与测量精度,提出了一种新的基于相移与调制度比的调制度测量轮廓术方法。使用一个由柱面镜和普通投影镜头组成的特殊投影系统,将竖直与水平两组相移正弦光栅依次投射在测量区域,柱面镜使两种光栅条纹的"像面"分离,两"像面"之间构成测量区域。利用相移算法得到两组正弦条纹在测量区域的调制度分布,并建立两种条纹的调制度比与实际物理位置的映射关系。测量时,将待测物体放置于测量区域,并根据物体表面两种条纹的调制度比与物理位置的映射关系,即可重建物体的三维面形。通过对实物的测量实验验证了所提方法的可行性。     

激光光栅显微投影法表面微观形貌测量系统的研制

本文研制了基于激光光栅显微投影法的表面微观形貌测量系统。该系统由激光器 ,CCD ,两个显微物镜 ,图象采集卡 ,计算机和数据处理软件组成。两个显微物镜一个用来将光栅进行缩小投影到被测物体的表面上 ,形成被被测物体表面高度所调制的条纹 ;另一只显微物镜则将被调制的条纹图像成像到CCD的靶面上 ,CCD采集的图像输入到计算机中进行相关计算而得出被测表面的微观形貌。本文介绍了该系统的测量范围和分辨率计算方法 ,并对实验数据进行了可靠性分析。结果分析表明 ,该系统能可靠地测量物体的表面微观形貌。     

使用双波带板径向剪切干涉仪检测非球面透镜

为了实现对光学非球面的低成本在线测量,在比较和分析现有非球面检测技术的基础上,设计并制作了一种小型径向剪切干涉仪用于检测非球面透镜。基于波带板可以聚焦成像的原理,该干涉仪采用不同焦距的双波带板产生径向剪切干涉。波带板由工业缩微矢量图制版技术设计和制作而成,并通过实验验证了该波带板的聚焦精度。采用傅里叶变换条纹相位分析法对干涉条纹进行处理,计算出波相差和波面面形。实验中给出了平面波光束经过一个非球面透镜后的波面面形检测结果和误差分析,使用该技术对标准非球面进行测试,波差峰谷值(P-V)达到了λ/5的精度,均方差(RMS)达到λ/10的精度。结果表明,该干涉仪具有体积小、抗干扰能力强等特点,适用于对小型非球面透镜进行在线检测。     

基于AOTF高光谱成像系统的采集显示技术研究

为了提高声光可调谐滤波器（AOTF）与CMOS相机结合的新型成像光谱仪的图像采集与显示速率,提出了一种基于AOTF光谱成像的数据快捷处理技术。采用MT9M001C12STM作为光学探测接收元件,利用CY7C68013芯片上所集成的I2C控制器来控制数据传输的实现方法,同时利用VC++上位机进行编程显示探测器的图像数据。而对USB设备则采用控制传输方式,对探测器的积分时间、增益进行灵活的配置,实时的显示帧率,这样同时保证了传输速度和数据的正确性,并且编写的上位机可以灵活的对图像进行水平、垂直旋转、单张、连续的采集,方便图像的采集。结果表明,该设计方法不仅可以快速准确的获取目标物进行实时的显示,而且成像质量良好。     

单像素复振幅成像（特邀）

传统光学成像系统主要依靠阵列探测器对目标的空间分布进行探测来达到成像的目的。而单像素成像不需要阵列探测器,在探测端只需要使用一个单点探测器来记录光场的信号,然后利用关联算法来重构目标物体的图像信息。由于单点探测器的技术较为成熟,且成本较为低廉,因此这种成像方式在近些年得到了研究人员的广泛关注,期望单像素成像技术能够应用在X射线、红外、太赫兹等波段。另外,单像素成像技术在生物荧光成像、多光谱成像、三维成像、光场复振幅成像等应用领域也得到了深入的研究。其中光场波前的相位探测在天文观测、医学诊断、光学测量等领域至关重要,研究人员针对这一问题提出了多种基于单像素成像技术进行复振幅成像的方法,这些研究有效地拓展了单像素成像技术的实际应用场景。文中主要介绍了单像素成像技术的历史发展及其基本工作原理,并着重介绍了单像素成像技术在复振幅成像应用中的工作。     

位相编码计算全息在防伪中的应用

提出一种计算全息位相编码防伪方法。它用迂回位相法对波面进行位相编码,然后用编码的波面与参考波面干涉,从干涉图样中该出记录的物本信息。物体信息由计算机产生或用ＣＣＤ记录,可以是有一定灰阶的物体。这种编码方法与全息干涉术相结合,可制作防伪功能极高的全息图。     

基于多距离相位恢复的无透镜计算成像技术

迭代相位恢复是一种将算法优越性与成像系统相结合的计算成像技术,它将有助于显微镜的小型化与低成本化。基于多距离相位恢复的无透镜成像技术因其高分辨、大视场以及无相差等特性成为计算成像领域的一个研究热点。多距离相位恢复可通过不同衍射距离下的多幅强度图样迭代重建出样品的完整波前信息。目前,无透镜多距离成像系统存在倾斜照明、收敛迟滞、初始距离无法直接测量、真彩色成像疵病、分辨率受限等问题。文中系统地综述了国内外研究团队针对这些问题的解决措施以及最新研究进展,并给出了相对应的实验验证。     

阵列菲涅耳波带片波前探测性能研究

在高功率激光系统中,激光束小尺度畸变波前探测是实现激光束中频段波前补偿与控制的重要前提。采用阵列菲涅耳波带片作为激光束波前传感的子孔径分割器,研究其聚焦性能,讨论了波带片的结构如阵列数目和阵列尺寸对波前探测精度的影响。仿真结果表明,选取合适的波带片结构参数可以使小尺度畸变波前的重构误差小于十分之一个波长。为了检测阵列菲涅耳波带片作为波前传感器检测波前畸变的性能,实现小尺度波前畸变检测的目的,构建了激光波前畸变检测光路系统。实验结果表明了阵列菲涅耳波带片检测波前畸变的可行性和准确性.     

计算全息干涉实现防伪和信息的加密存储

提出一种位相编码计算全息干涉防伪术。这种方法用迂回位相法对光波进行位相编码,然后用这个编码的光波和另一由计算全息产生的参考光波干涉,从干涉图样中可以读出所记录的信息,没有参考计算全息图则无法读出记录的信息。这种计算防伪全息图的特点是设计灵活、使用方便、可由白光再现。具有很强的防伪力度。     

Application of eliminating zero-order diffraction light in wavefront reconstruction of inverse diffraction computation

With the development of computer and CCD tech-niques ,a technique of capturing the complex amplitudeof object light accordingto anintensity holographrecor-ded by a CCD detector array has been becoming an in-teresting area[1-4].In reference [5] the frequen…