红外与激光工程
2020, 49(10): 20200017
安徽大学计算智能与信号处理教育部重点实验室, 安徽 合肥 230601
金(Au)亚波长光栅被溅射到经典硅基液晶(LCoS)的ITO电极上,它与薄液晶盒和底层铝电极组成复合共振波导结构,简称GLCoS。与基于液晶传播效应的LCoS截然不同,在GLCoS中,上电极的表面等离激元与光栅槽中的TM-FP (TM-Fabry Pérot)共振耦合,诱导一个0阶反射的相位调制;铝(Al)电极既是反射背板又与Au光栅、薄液晶盒组成波导,使共振耦合得到增强。在操控光波阵面的同时,GLCoS也作为电控器件,施加电压改变液晶的折射率,进而控制开腔FP的边缘介质条件,达到有源0~2π相位调制。实验结果表明,本文结构可用于1 μm量级像素的相位空间光调制器,在高空间带宽积的全息视频显示中具有广阔的应用前景。
光栅 全息视频显示 亚波长金属光栅 法布里-珀罗共振 硅基液晶
1 计算智能与信号处理教育部重点实验室(安徽大学), 安徽 合肥 230601
2 安徽省现代成像与显示技术重点实验室, 安徽 合肥 230601
3 中国科学院嘉兴中心微系统所分中心, 浙江 嘉兴 314050
漫射物体的压缩全息利用其非相干散射密度函数在统计意义上满足稀疏先验这一假设,可以从多幅散斑图案实现漫射物体的层析重建,避免了散斑和不同平面的散焦图像之间的串扰。将单波长照明条件拓展到红、绿、蓝三色波长,提出一种新的适用于彩色漫射物体的压缩全息层析成像方法,搭建多波长照明条件下漫射物体的层析成像模型,并通过解压缩推理方法有效地分离不同平面的三维非相干密度函数。数值模拟实验表明,所提方法可以在多幅二维彩色散斑图案中成功进行彩色层析漫射物体的压缩重建,有效地抑制了散斑效应以及不同平面的散焦图像之间的相互串扰。
成像系统 层析成像 压缩全息 压缩全息层析成像 非相干彩色全息
安徽大学 电子信息工程学院, 安徽 合肥 230039
针对基于强度传输方程(Transport of Intensity Equation, TIE)的非干涉相位恢复技术要求光源是单色的限制, 以及强度采集过程移动CCD或物体而引入的机械误差, 提出了一种适用于透镜模型下的色散相位恢复技术。该方法基于透镜成像系统的相位变换特性, 将色散与TIE结合在一起, 使不同波长的光经过透镜系统后在同一位置成像, 从而在不机械移动的情况下获得聚焦和散焦强度图像。再利用散焦量与波长的关系结合TIE计算出物体的相位信息。模拟实验中用该方法恢复物体的相位与原始相位的相关性系数为0.970 7, 均方根误差为0.061 8; 同时真实实验对透镜阵列相位进行了恢复, 实验结果与真实参数误差为1.74%, 证明了所提方法的正确性和有效性。
相位恢复 强度传输方程 色散 透镜成像系统 phase retrieval transport of intensity equation chromatic dispersion lens imaging system 红外与激光工程
2019, 48(6): 0603018
安徽大学 电子信息工程学院 计算智能与信号处理教育部重点实验室, 合肥 230039
针对光强传输方程法在部分相干光场相位恢复过程中, 由于CCD采集频率与LED发光频率不同步导致恢复的相位出现黑白相间的条纹, 以及机械移动造成采集角度的偏差所导致的相位结果错误等问题, 提出了配准递进补偿算法.首先, 对所采集的具有一定角度偏差的三幅强度图进行角点检测和互相关匹配, 并去除错误点对从而得到变换矩阵进行图像变换以纠正原有的偏差.同时, 由于照明光波的缓慢动态变化与其低频分量相关, 在新的配准图像中进行初次补偿以改善照明频闪效应.然后使用光强传输方程求解得到样品的初始相位.为了解决初始相位边缘出现的光晕, 再次对恢复的相位进行补偿以突出样品的关键信息.搭建了真实光路系统进行实验验证, 结果表明所提方法在纠正角度偏差的同时改善了频闪效应.微透镜阵列实验中, 恢复的结果与实际结果相对误差为1.7%, 证明了所提算法的正确性与有效性.
光强传输方程 部分相干光场 相位恢复 递进补偿 配准 Transport of intensity equation Partially coherent light field Phase retrieval Progressive compensation Registration
安徽大学 计算智能与信号处理教育部重点实验室, 安徽 合肥 230039
光强传输方程作为典型的相位恢复技术, 在已知待测面光强分布与光强轴向微分时, 可以通过求解该方程直接得到待测面的相位分布。强度微分可以通过采集沿传播方向的不同散焦面的光强信息以计算强度差分来估计, 由此, 散焦面的适当选择变得尤为重要。将光强传输方程与图像插值法相结合, 在几何光学模型下描述采集的散焦面光强分布与聚焦面光强分布之间的关系, 再利用图像插值法计算出模糊参数不同的散焦面的光强分布, 由新得到的散焦图和采集的聚焦图代入光强传输方程以计算出相位。该方法只需要采集三幅强度图像, 即可计算获得其他位置的强度图像, 避免了采集设备的多次移动, 也为某些特殊情况下无法获取适合位置的强度图像提供了一种解决途径。实验中搭建了一个实际的光强图像获取系统, 所得结果验证了所提算法的有效性。
几何光学 相位恢复 光强传输方程 图像插值 光学处理 geometric optics phase retrieval transport of intensity equation image interpolation optical processing 红外与激光工程
2018, 47(10): 1026003
安徽大学 计算智能与信号处理教育部重点实验室, 安徽 合肥 230039
基于光强传输方程(TIE)的相位恢复技术, 可以通过测量一系列垂直于光轴分布的散焦强度图, 直接求解得到光场的相位信息。传统的基于TIE的强度图像采集系统在获得散焦图像时需要机械移动。通过在空间光调制器(SLM)上加载透镜相位图, 使其实现可编程透镜的功能, 任意改变此透镜的焦距值, 可以实现不同的散焦距离, 从而避免采集图像过程中CCD的移动。根据不同的算法理论, 设计了两种光强图像采集系统。由于日常生活中使用相机拍照时, 透镜的相位调制作用不可忽略, 使用SLM代替含透镜的光传播模型中透镜的作用, 设计了第一种实验装置。此外, 通过在4f系统的频率域位置放置SLM, 设计了第二种实验装置。真实实验的结果验证了这两种方法的有效性和正确性。
相位恢复 光强传输方程 空间光调制器 phase retrieval transport of intensity equation spatial light modulator 红外与激光工程
2018, 47(7): 0722003
1 安徽大学 电子信息工程学院 计算智能与信号处理教育部重点实验室, 合肥 230601
2 陆军炮兵防空兵学院 十一系, 合肥 230031
针对原有基于强度传输方程(TIE)的非干涉相位恢复技术只适用于单波长条件下近距离传播时相位求解的局限, 提出了一种双波长照明条件下的TIE算法.该算法在求解过程中考虑两个波长下相位间的相关约束, 并引入了合成波长的概念.同时, 考虑到TIE法在远距离传播时相位恢复精度较低的问题, 将其与角谱迭代算法结合, 提出了一种双波长混合迭代算法.实验结果表明, 双波长TIE算法相位恢复图的误差平均值降低到0.191 2; 在远距离传播时, 双波长混合迭代算法相位恢复图的误差平均值降低到0.220 2.表明所提算法可以在双波长照明下有效地恢复相位信息, 并且不受距离的限制.
相位恢复 强度传输方程 双波长 角谱迭代 合成波长 Phase retrieval Transport of Intensity Equation(TIE) Two wavelength Angular spectrum iterative Synthetic wavelength
安徽大学计算智能与信号处理教育部重点实验室， 安徽 合肥 230039
针对三维物体计算机产生全息图信息的相似性和冗余性问题，提出了一种基于三维总变分稀疏模型复杂三维场景的菲涅耳全息图频域压缩重建方法。首先通过计算获得了三维物体的菲涅耳全息图，然后利用概率密度函数服从指数分布的非相干变密度频域下采样模式对菲涅耳全息图的频域进行频域下采样操作，最后利用压缩感知重构算法对下采样后的全息图频域信息进行频域压缩重建。模拟实验验证了该方法的可行性，相比于传统的利用高斯随机测量矩阵对全息图空域的下采样模式，所提方法能够显著提高重构图像的峰值信噪比，这方法尤其适用于低采样率情况下。
全息 压缩感知 频域下采样 图像重建
