傅立叶变换用于全息三维物体面形测量

介绍了将傅立叶变换用于全息三维面形测量的基本原理和实验装置。首先用全息干涉条纹替代投影条纹投影到待测物体上 ,在相位解调中 ,结合Gerchberg迭代算法对变形条纹进行处理 ,然后用汉宁窗口进行数字加权滤波。结果表明 ,该测量系统实验装置简单 ,测量精度高 ,速度快 ,适用于复杂大物体三维面形测量     

三维面形测量技术的新进展

三维面形测量是获取物质形态特征的一种重要手段，也是记录，比较，复制物体形态特征 的基础，三维面形测量技术在机器视觉，自动加工，工业检测，产品质量控制，实物仿形，生物和医学等领域具有重要意义和广阔的应用前景。     

利用反射全息实现计算全息三维显示

计算全息和光学全息都可应用于三维显示,但各有自己的优势和缺陷.将计算全息和光学反射全息相结合,可以突破光学全息对记录物体的限制,进行虚拟物体或自然场景的全息图的制作,同时可以实现白光再现.本文首先用三维扫描仪获得实际物体的三维数据,用"点云算法"模拟得到其菲涅耳全息图透射率数据,采用计算全息打印机将其输出于全息记录介质,得到可光学再现的菲涅耳计算全息图H1.然后将H1作为光学全息的记录物体进行反射全息记录,将平面全息转化为体全息,实现了计算全息白光再现.     

利用反射全息实现计算全息三维显示

计算全息和光学全息都可应用于三维显示,但各有自己的优势和缺陷.将计算全息和光学反射全息相结合,可以突破光学全息对记录物体的限制,进行虚拟物体或自然场景的全息图的制作,同时可以实现白光再现.本文首先用三维扫描仪获得实际物体的三维数据,用"点云算法"模拟得到其菲涅耳全息图透射率数据,采用计算全息打印机将其输出于全息记录介质,得到可光学再现的菲涅耳计算全息图H₁.然后将H₁作为光学全息的记录物体进行反射全息记录,将平面全息转化为体全息,实现了计算全息白光再现.     

次条纹积分法解调位相的三维面形测量

提出一种新的条闰相分析技术用于三维面形自动测量。将光栅图案投影于物体表面上，投影像随物体三维面形变形，形变的投影像用次条纹积分算法分析，求出位相变化和相应的三维面形。     

基于条纹反射的非球面镜三维面形测量

提出一种利用条纹反射原理测量非球面镜的新方法.测量过程中,利用液晶屏显示正弦条纹,由摄像机记录由待测镜面反射产生的条纹图.并将显示屏和摄像机分别沿待测镜面轴向移动.摄像机在每个移动位置上,记录下显示屏移动前后产生的两幅条纹图.通过相移方法,得到条纹图的相位信息后,对摄像机上每个象素点,能在待测镜面卜找到一个对应待测点,并在获得该待测点的梯度信息的同时,获得该点位置坐标信息.最后通过积分,恢复待测镜面的三维高度信息.该方法不需辅助反射镜与干涉仪,能更加方便灵活地测量非球面镜.并且该方法有较好的抗噪性能,在噪声较大的情况下,仍能对非球面镜进行测量.模拟及初步实验均验证了该方法的可行性.     

一种新的三维计算全息图的计算方法

介绍了一种制作真实三维物体计算全息图的新方法。用摄像机记录三维物体在非相干光照明条件下两个正交方向上不同视角的一系列投影像，将这些投影像导入计算机，在MATLAB中对其作快速傅里叶变换。对这一系列二维投影像的傅里叶变换图进行抽样，得到三维物体在透镜后焦平面上的光场分布，进而制成一张计算全息图。结果证明该方法可以实现对真实物体三维全息图的合成，并且在算法实现上更加简单，提高了程序的运行速度，有利于改善全息图再现像的质量。为解决真实物体相干全息记录中光源功率和相干长度对全息记录可行性的限制指出了一个新的方向。     

计算全息检测非球面干涉场的理论分析与实验结果

本文应用光学全息术及傅里叶光学的理论对计算全息图干涉检测非球面面形的光路及干涉场进行了理论分析,提出了其干涉场为不定域干涉的观点,并在实验中予以证实.     

实时全息三维显示技术研究进展

全息三维显示技术能有效地重建三维物体的波前,并为人眼提供完整的深度线索,已经成为三维显示领域的研究热点。相比于光学全息,计算全息通过计算机模拟全息图的记录过程,并采用可刷新的空间光调制器替代传统的光学记录材料作为全息图的承载媒介,因而成为理想的实现实时全息三维显示的技术方案。然而,复杂三维场景数据量巨大、空间光调制器调制能力不足以及全息三维显示系统展示度不高等问题仍阻碍了实时全息三维显示的发展。为了克服这些不足,研究者们在算法和硬件两方面做出了许多创新工作。本文综述了实时全息三维显示的进展。首先概述了全息术的基本原理和发展简史,接着详细介绍了全息图快速计算方法和针对现有空间光调制器的波前编码方法,然后讨论了深度学习对实时全息三维显示做出的贡献并介绍了一些典型的全息显示系统,最后对实时全息三维显示的未来发展进行了展望。     

Volume Images Vector Display Based on a Diffractive Screen

A white light system based on a 65 cm × 35 cm diffractive screen is demonstrated to be capable of displaying three-dimensional figures with continuous horizontal parallax. Three computer-controlled mirrors and a diffractive-refractive optical system are employed for positioning each element of the figure. No visual accessories are necessary and more than one observer can watch it simultaneously.     

利用数值再现实现彩虹全息色差评价

为了在计算机制彩色彩虹全息图输出之前定量得到再现像的色彩保真度,提出了一种采用数值再现进行色差评价的方法.首先对彩虹全息图进行了频谱分析,得到再现参量与频谱分布之间的关系;然后采用频域滤波算法实现彩色彩虹全息图数值再现,得到再现像的相对功率谱分布;最后采用CIE1976UCS均匀颜色空间对再现像色差情况进行了计算.设计了7个色块并制作了计算机制真彩色彩虹全息图,以金卤射灯作为照明光源进行了光学再现实验,给出实验结果及分析.研究证明了采用数值再现方法实现对计算彩虹全息再现像光谱分布和色差进行计算分析是一种快速经济的方法.     

三维形貌测量的扫描相移法研究

物体三维形貌测量中常用的光切法的主要优点是易于实现扫描测量大型物体表面,缺点是光刀中心位置难以精确确定;相移法的主要优点是可以用较宽的光栅提高测量的灵敏度与准确度,具有测量速度快和较好的抗静态噪声的能力,缺点是当待测范围较大时,采集图像的像差较大,不利于大型物面的测量.将这两种方法有机地结合起来,取长补短,提出了一种扫描相移法.实验结果表明,这个方法不但适用于长形大物面的形貌检测,而且又大大地减少了图像采集系统畸变误差的影响,从而提高了检测准确度.     

利用CCD图像的灰度梯度实现物体三维测量

提出了一种利用CCD单目图像的灰度梯度测量三维表面的方法——灰度梯度法。巧妙地运用中间变量，找到灰度梯度与聚焦像表面梯度之间的映射关系，将灰度约束方程转变为可求解的一元方程，从而解出聚焦像表面的深度信息。利用聚焦像表面与物体间的几何光学的约束以及它们之间的空间共轭对称关系，将该三维表面变换到实际三维尺寸，以达到三维测量的目的。最后对影响该测量系统的误差进行了分析。该方法克服了传统的光切法因过多冗余图像而使测量效率低的缺点，且该方法约束条件容易实现。对球体和柱面体的试验误差率分别为6．0％和4．85％，显示出该方法在一定范围内是有效的。     

影响条纹图形拼接法测量精度的主要误差因素

通过对计算机模拟和实验结果的分析表明，影响条纹图形拼接法测量精度的主要因素是子孔径面形测量精度，重叠区的大小，面形拟合阶次和拼接模式等。     

基于双波段植被指数(TBVI)的柑橘冠层含氮量预测及可视化研究

氮素(nitrogen,N)是果树生长发育的必需重要元素,及时准确地无损检测果树的氮素水平对果实增产、合理施肥以及减少环境污染等具有重要意义。研究了基于高光谱成像技术进行柑橘冠层含氮量预测及可视化的可行性。实验采用高光谱成像光谱仪ImSpector V10E(Spectral imaging Ltd.,Oulu,Finland)分别采集柑橘叶片实验室样本和野外整个植株冠层的高光谱图像。利用ENVI软件提取每个叶片样本感兴趣区域(ROI)的平均光谱数据作为整个样本的光谱数据进行分析,同时采用杜马斯燃烧法快速定氮仪(ElementarAnalytical, Germany)测定叶片样本的含氮量。通过简单相关分析和双波段植被指数(TBVI)的获取,建立基于光谱数据的含氮量预测模型。计算表明,基于811和856 nm的双波段植被指数(TBVI)能够建立最佳的柑橘叶片含氮量预测模型(R2=0.607 1)。在此基础上,计算上述TBVI的冠层图像,把基于该TBVI的含氮量预测模型导入到TBVI图像中计算生成冠层含氮量的预测分布图。图中直观地显示柑橘嫩叶、中叶、老叶的含氮水平从高到低分布,实现了冠层含氮量的可视化。结果表明,利用高光谱成像技术可以实现柑橘冠层氮素水平的检测和诊断,这为实施基于每颗果树信息的变量施肥技术提供了参考信息。     

无创血液成分检测中基于VIP分析的波长筛选

自变量筛选是定量光谱分析领域的研究热点,简便且高效的自变量筛选方法不但可以降低分析计算量,提高分析精度,同时还可以减轻对仪器光谱分辨能力的依赖,降低分析成本。波长筛选也是光谱法无创血液成分检测研究的重要环节。动态光谱理论为血液无创检测提供了极佳的思路,但长期局限于使用宽带光源和高分辨率的光谱仪器,分析中需要大量波长限制了动态光谱法的进一步发展。为了去除冗余信息,使检测走向低成本化和集成化,提出了基于变量投影重要性(variable importance in projection,VIP)分析的波长筛选方法。通过分析PLS模型中各维自变量对因变量的解释能力,从而剔除重要性较低的变量保留解释能力强的波长。以232例受试者的临床实验数据为基础,以血红蛋白含量为分析对象,经投影重要性分析后将波长数由586降至64,波长筛选后血红蛋白预测模型的测试集平均相对误差(MREP)为1.82%,使用了极少的波长便可得到满意的结果;结合Bootstrap方法对模型进行显著性检验后验证了波长变量的解释能力。首次指出了使用动态光谱法检测血红蛋白的敏感波长带。基于投影重要性分析的波长筛选迈出了动态光谱走向实用的重要一步,为实现低成本在线分析打下了基础,同时也为其他领域的光谱分析提供了重要的参考和新的思路。     

敏化光波长对(Fe,Ni):LiNbO3晶体全息记录性能的影响

分别采用514 nm绿光、488 nm蓝光和390 nm紫外光作为敏化光,633 nm红光作为记录光,详细研究了敏化光波长对氧化(Fe,Ni):LiNbO3晶体全息记录性能的影响.结果表明:随着敏化光波长的逐渐减小,氧化(Fe,Ni):LiNbO3晶体的非挥发全息记录性能逐渐优化,390 nm紫外光是这三种敏化光中最优的敏化光.考虑敏化光的吸收,为了在双中心全息记录中获得最优的性能,应当选择合适波长的敏化光:一方面短波长敏化光能有效地敏化深中心;另一方面短波长敏化光的吸收太强(如对光折变效应无用的基质吸收),不能沿厚度方向有效地敏化晶体,所以实际上需折衷考虑,并从理论上给予了解释.     

感兴趣区域对羊肉pH高光谱检测模型的影响研究

感兴趣区域(regions of interest, ROIs)的选择及其光谱提取是高光谱图像无损检测分析的关键一步。为快速准确检测羊肉pH,在473～1 000 nm波段,开展了两种不同提取ROIs方法对羊肉pH高光谱检测模型的影响研究。采用“矩形区域法”和“图像分割法”两种ROIs方法分别获得相应的122条羊肉光谱,对比了不同预处理方法对建模效果的影响,并比较了两种ROIs方法下逐步多元线性回归(SMLR)、主成分回归(PCR)和偏最小二乘回归(PLSR)的模型精度。结果表明,提取光谱数据建模中SMLR和PLSR模型效果分别最优。“矩形区域法”提取ROIs对应的SMLR模型校正集的相关系数(R_cal)和均方根误差(RMSEC)分别为0.85和0.085,预测集的相关系数(R_p)和均方根误差(RMSEP)分别为0.82和0.097。“图像分割法”提取ROIs对应的PLSR模型校正集的R_cal和RMSEC分别为0.95和0.050,预测集的R_p和RMSEP分别为0.91和0.071。其次通过比较“矩形区域法”和PCR, SMLR和PLSR三个模型中,“图像分割法”提取的ROIs光谱数据建模效果较优。表明,应用高光谱图像技术结合“图像分割法”提取ROIs快速无损准确检测羊肉pH具有可行性。     

SIMCA法判别分析木材生物腐朽的研究

木材是一种生物质材料,容易受到各种微生物的危害,生物腐朽可以迅速导致木材结构的破坏,因此,对木材生物腐朽的快速、准确地检测或鉴定具有重要意义。近几年来,近红外光谱和SIMCA方法正被用于识别或检测食品、药品和农产品等研究中,因此,本研究尝试利用近红外光谱结合SIMCA方法来检测木材的生物腐朽。研究结果表明,应用近红外光谱和SIMCA方法能有效地判别木材的生物腐朽类型,通过培训集样本建立的基于PCA分析的SIMCA判别模型对未腐朽、白腐和褐腐三种类型样本进行回判,判别准确率分别为100%, 82.5%和100%;而对未知腐朽类型的样本(包括未腐朽、白腐和褐腐样本),判别准确率分别为100%, 85%和100%;SIMCA方法对未腐朽和褐腐类型的判别准确率均达到100%,但对白腐样本都有错判,造成这种错判的主要原因可能是由于样本包括的信息不够丰富以及腐朽初期白腐和褐腐试样的性质差异太小等。