1 中北大学山西省光电信息与仪器工程技术研究中心，山西 太原 030051
2 中北大学前沿交叉科学研究院，山西 太原 030051
3 四川大学群体智能与控制研究所，四川 成都 610000
透射散射成像中目标复原在生物医学、遥感和安防等领域备受关注。对在数字全息散射成像理论基础上构建的目标复原模型进行模拟仿真。针对模型中影响目标复原的关键因素，如激光光源的中心波长、目标尺寸、观测距离、散射介质特性和探测器的分辨率等进行系统仿真与分析。结果表明：激光光源的中心波长为635.5 nm，探测器的观测距离为50 cm、空间分辨率为512 pixel×512 pixel，散射片的均方根粗糙度为333 μm，均方根粗糙度接近的条件下选择高斯随机分布模型的散射片更利于目标物的复原。该研究为应用于透射散射成像中图像复原系统的快速准确搭建提供了依据。
成像系统 散射成像 数字全息 图像复原 光学学报
2022, 42(20): 2011001
红外与激光工程
2020, 49(10): 20200019
1 中北大学 山西省光电信息与仪器工程技术研究中心, 山西 太原 030051
2 中北大学 仪器科学与动态测试教育部重点实验室&电子测试技术重点实验室, 山西 太原 030051
根据成像原理推导了运动透镜、运动45°直角棱镜, 以及旋转反射镜所引起的角度变化公式, 并对影响角度变化的参数(透镜的焦距、物距及光源的发散角等)和引入角度多样性的这三种方法进行了分析比较。实验结果与理论分析表明, 在相同条件下, 将45°直角棱镜运动20 μm和反射镜旋转0.02°就能实现两个完全独立散斑图样, 而运动透镜需要更大的位移, 这为设计运动方案引入角度多样性激光散斑抑制提供参考。
激光散斑 散斑抑制 角度多样性 散斑对比度 laser speckle speckle suppression angle diversity speckle contrast 红外与激光工程
2017, 46(8): 0806004
1 中北大学理学院, 山西 太原 030051
2 中北大学电子测试技术重点实验室, 山西省光电信息与仪器工程技术研究中心, 山西 太原 030051
在显微成像下准确、稳定、高效、实时地对光纤, 尤其是抛剥涂覆层的光纤直径进行测量, 需要采用优异的自动对焦技术。对焦窗口的选择是自动对焦的前提, 为了避免光纤侧面显微成像下中间透光或衍射亮带对对焦窗口的影响, 提出了一种改进的定域椭圆取窗方法,并比较了不同窗口形状对清晰度评价和计算速度的影响。将定域椭圆取窗方法应用于125 μm标准光纤的测量,结果表明标准误差在0.3 μm内, 测量精度与VM2.22精密测量软件的微米级相比提高了一个数量级。这种定域椭圆取窗方法实用性强, 速度快, 通用性好, 可以作为光纤直径显微测量中一种有效的自动对焦窗口选择法。
成像系统 显微成像 自动对焦 对焦窗口 光纤直径测量 激光与光电子学进展
2017, 54(8): 081101
1 中北大学山西省光电信息与仪器工程技术研究中心, 山西 太原 030051
2 中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室, 电子测试技术重点实验室, 山西 太原 030051
基于叠加统计独立散斑图像的散斑抑制原理, 设计了一个具有N个透光孔的掩模板, 将其放置于成像透镜出瞳面上, 理论研究了产生统计独立散斑图像所需的条件。在简化光学系统中, 将散射片与探测面分别置于透镜成像共轭面上, 通过系统实验, 分析了多孔掩模板上相邻两个透光孔的不同中心间距以及单个透光孔孔径对统计独立散斑图像形成的影响, 其中单个透光孔孔径也会影响散斑颗粒的大小。在不考虑实验装置对测试精度的影响下, 实验结果与理论分析吻合。
激光光学 激光投影 激光散斑 多孔掩模 统计独立散斑图像
1 中北大学电子测试技术重点实验室, 仪器科学与动态测试教育部重点实验室, 山西 太原 030051
2 山西傲维光视光电科技有限公司, 山西 太原 030032
基于激光投影显示系统中散斑形成机理，从理论上分析了影响投影系统中散斑抑制的两个关键参数，即统计独立散斑图像数量N 和探测器成像镜头在观测屏上一个分辨基元内投影镜头分辨基元的数量M。参数M 或N 值的增大，都将有效降低散斑图像的对比度，但即使投射到屏幕上的独立散斑图像数目N 实现巨大，即N→∞，也只能将散斑图像对比度降至1/ M 。在简化投影系统中，利用旋转小散射片产生统计独立散斑图像的方法，通过系统实验，比较了同一散斑抑制技术用于激光非投影和投影系统中散斑抑制的程度，以及投影镜头F 数和探测器成像镜头F 数的变化对参数M 和散斑抑制的影响。结果表明：对于相同N 值和检测条件，投影镜头的存在使散斑图像对比度从0.146 提高到了0.427，呈现的散斑更严重，且投影镜头F 数的增大还会进一步恶化散斑图像，这使得激光投影系统的小型化受到挑战。
统计光学 激光散斑 投影镜头分辨率 散斑对比度
1 中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室, 电子测试技术重点实验室, 山西 太原030051
2 中北大学信息与通信工程学院, 山西 太原030051
散斑抑制一直是激光显示技术的研究热点。 对激光光束经SiO2溶液所形成散斑的特性分析, 建立了多重散射与散斑颗粒大小的联系。 结合动态光散射理论, 提出利用斜入射引入动态多重散射机制的激光散斑抑制方法, 并构建由静态散射片和装有粒径为300 nm、 摩尔浓度为3.0×10-4 μm-3的SiO2悬浮液的光通管组成的散斑抑制装置, 将其置入激光显示系统的光源部分。 针对光束以不同入射角进入SiO2悬浮液对散斑图像对比度影响进行了系统实验分析。 结果表明, 光束以约8°进入SiO2悬浮液能将散斑图像的对比度从0.43降低至0.067。 通过该方法实现了散斑颗粒的空间平均和散斑图像的时间平均, 提高了散斑抑制的效果。 散斑抑制单元无需振动装置且便于集成到激光投影系统中, 不仅提高了系统的可靠性也减小了成本。
激光显示 激光散斑 动态多重散射 散斑抑制 Laser display Laser speckle Dynamic multiple scattering Speckle suppression 光谱学与光谱分析
2014, 34(6): 1716
1 中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室&电子测试技术重点实验室, 山西 太原 030051
2 山西傲维光视光电股份有限公司, 山西 太原 030032
散斑抑制是阻碍以激光为光源的显示技术发展的技术瓶颈。通过实验分析了散射片的发散角、级联散射片的数量和它们之间的间距对散射光束相关面积宽度的影响。在级联散射片和光通管构成的散射体的基础上，利用多重散射理论解释了级联散射片减弱激光相干性的现象。基于积分散斑的统计学理论，推导了CCD积分时间T内捕获的散斑图样的强度自协方差函数与散斑对比度之间的关系，并明确了级联散射片对运动散射片位移的影响，从而达到抑制散斑的目的。实验结果表明，将散射体与运动散射片相结合不仅提高了整体光能利用率，在检测器积分时间1/30 s内还能将散斑对比度从0.753降低到0.069。
激光光学 激光散斑 散斑抑制 多重散射机制 级联散射片
1 中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室和电子测试技术重点实验室, 山西 太原 030051
2 山西傲维光视光电股份有限公司, 山西 太原 030032
显示屏是激光投影显示系统的一部分，其表面粗糙度直接影响着基于角度多样性的激光散斑抑制效果。在角度多样性散斑抑制原理的基础上，建立了被测显示屏表面粗糙度与散斑图样之间的相关性之间的联系。对显示屏表面粗糙度对照射角度和角度变化的敏感程度权衡，实验中将入射角和角度变化量分别固定在1°和0.0038°。为避免外界微扰和测试屏表面不平度对测试结果的影响，通过对被测显示屏5 cm×5 cm测试区域中选择9个子区域的测试结果进行平均，有效提高了测试精度。运用提出的方法确定4种材质显示屏的表面粗糙度分别为235.80，209.57，132.24和137.60 μm，为设计有效降低激光散斑的投影显示屏提供了参考。
测量 激光投影 角度多样性 散斑相关性 表面粗糙度
1 中北大学 仪器科学与动态测试教育部重点实验室，电子测试技术重点实验室，山西 太原 030051
2 山西傲维光视光电股份有限公司，山西 太原 030032
对激光投影显示系统中形成散斑的光学系统进行了简化。采用理论与实验相结合的方式，用简化的光学系统分析了复合散斑的形成机理和有效表征方法。基于散斑对比度分析法，对影响复合散斑对比度的4个重要因素，即入射光束的光斑直径，散射片与屏幕之间的距离，屏幕上粗糙散斑颗粒和屏幕表面的精细散斑颗粒进行了系统实验分析，并通过实验数据确定了这些因素与复合散斑对比度的函数关系。基于统计分析，研究了复合散斑的构成成份，提出了粗糙散斑颗粒与精细散斑颗粒对复合散斑的贡献模型，并通过实验验证了其可行性。实验结果为有效抑制激光投影显示中的复合散斑提供了实验依据。
激光投影 激光显示 激光散斑 复合散斑 散斑表征 laser projection laser display laser speckle compound speckle speckle characterization 光学 精密工程
2013, 21(12): 3021
