1 湖南文理学院 国际学院，湖南 常德 415000
2 湖南省洞庭湖生态经济区协同创新中心，湖南 常德 415000
3 湖南文理学院 数理学院，湖南 常德 415000
4 成都信息工程大学 光电工程学院，四川 成都 610225
5 电子科技大学 电子薄膜与集成器件国家重点实验室，四川 成都 6100054
在测量系统中，CCD的非线性效应会影响复杂光学三维面形的测量精度，针对这一问题，提出采用双频光栅投影消除CCD的非线性效应以提高测量精度。首先，分析了CCD非线性效应对三维面形测量的影响，给出了该情况下出现频谱混叠的解析推导和物理解释。然后，讨论了CCD非线性效应下的双频光栅测量原理，分析了此时变形条纹的光强分布及其经傅立叶变换后得到混叠频谱的原理。最后，给出了由等效波长来衡量测量精度的方法，推出了使用双频光栅投影测量三维面形高度信息的基本公式，并进行了理论分析。对最大绝对值与平均绝对值分别为24.3181 mm和1.0839 mm的物体进行仿真分析，测量值与实际值之间的最大绝对高度误差与平均绝对高度误差分别为0.8950 mm和0.0622 mm，提高双频光栅基频后，其对应值分别减小为0.3710 mm和0.0232 mm；在实验结果显示，当双频光栅的基频都增加2.5倍后，频谱中的基频与高级频谱间分离较好，测量精度提高。因此，采用双频光栅投影消除CCD非线性效应具有较强的实用性和很好的发展前景。
三维面形测量 双频光栅 CCD非线性效应 频谱混叠 测量精度 three-dimensional shape measurement dual frequency grating CCD nonlinearity effect spectrum aliasing measurement accuracy
哈尔滨工业大学 航天学院,黑龙江 哈尔滨 150001
提出了一种利用信息失真参数研究光电成像系统优化匹配的新方法。分析了光电成像系统频谱混叠问题，将物光强函数分解为一系列非负谐波函数，并对谐波的成像结果进行了求解。在此基础上，建立了物、像与光电系统的信息模型，进而对不同光学系统截止频率下的信息失真度进行了数值计算，阐述了基于信息失真的光学系统与探测器的匹配关系。结果表明，当探测器像元边长为10 μm时，高斯物频谱应选择截止频率为100 mm-1的衍射受限光学系统才能获得最小失真度0.144 1。
光电成像系统 信息论 信息失真 频谱混叠 光电匹配 electro-optical imaging system information theory information distortion spectrum alias electro-optical matching
1 吉林大学仪器科学与电气工程学院, 吉林 长春130061
2 吉林大学第一医院, 吉林 长春130021
近年来, 功能性近红外光谱技术(fNIRS)广泛应用于神经影像学领域。 为解决fNIRS特征信号提取中的信噪频谱混叠问题, 依据近红外光谱脑功能成像信号非线性与非平稳特点, 提出一种结合集合经验模态分解法和独立成分分析的多分辨率联合信号提取方法EEMD-ICA。 在脑功能成像仪器平台上采集多通道多波长脑功能成像近红外光密度信号, 先对该信号进行集合经验模态分解将其按频率成分分解为多层本征模态函数, 之后将独立成分分析应用于目标频率分量函数进行自适应去噪, 最后将处理后的分量累加、 重构获得近红外光谱脑功能成像的特征信号。 将Valsalva氏实验测试数据作为研究对象进行滤噪处理, 与经验模态分解法和集合经验模态分解法对fNIRS特征信号的提取效果对比。 对实测数据的处理结果进行信噪比和误差参数分析, 结果表明, 该方法能够有效解决去噪过程中丢失原始信号有用信息及由于信噪频谱混叠不能完整去除噪声的问题, 信号处理效果理想, 对比另外两种信号提取方法更为优化。
近红外光谱 神经成像 频谱混叠 集合经验模态分解 独立成分分析 fNIRS Neuroimaging Spectrum aliasing Ensemble empirical mode decomposing Independent component analysis 光谱学与光谱分析
2015, 35(10): 2746
提出一种基于背景光调制的用于傅里叶变换轮廓术测量范围的复合光栅，该光栅通过调制一正弦条纹和不含任何相位信息的背景光来抑制零频，较基于π相移技术的复合光栅有更大的优势：背景光只含直流分量，使得复合光栅的频谱更加简单，有利于滤出载波信息，提高测量精度；对从复合光栅中解调出来的背景光只涉及平均值校准，校准过程更为简单；解调出的背景光与物体表面的反射率成正比，具有潜在的应用价值。采用Matlab程序对该复合光栅进行了数值模拟，并对该光栅实用性进行了实验研究，结果证实了该光栅用于抑制零频、扩大傅里叶变换轮廓术测量范围的有效性，且提高了测量精度。
复合光栅 频谱混叠 滤波 背景光调制 π相移技术 composite grating spectrum overlapping filtering flat image modulation π phase-shifting technique
四川大学光电科学技术系， 四川 成都 610064
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。
测量 三维测量 正交复合光栅 频谱混叠 相位算法
提出了一种对条纹对比度和背景光进行校准的正交复合光三维测量方法。从参考平面的复合光栅像中解调获得各帧相移正弦条纹, 通过频域滤波的方法获取条纹的零频和基频分量, 计算出各帧相移正弦条纹相对第一帧正弦条纹的对比度和背景光比例系数, 并以此系数对实物测量时解调出来的各帧变形条纹对比度和背景光进行校准, 建立了新的三维测量数学模型。实验证明该方法能降低传统正交复合光三维测量方法中的解相误差, 提高系统的测量精度。
测量 复合结构光 三维测量 正弦条纹 频谱混叠 相位算法
1 四川大学 电子信息学院, 成都 610064
2 中国工程物理研究院 应用电子学研究所, 四川 绵阳 621900
3 华北光电技术研究所, 北京 100015
利用径向剪切干涉法检测高功率激光波前时, 由于探测器CCD非线性效应, 在频谱中引入了除基频外的二级、三级等高次频谱分量, 增加了频谱混叠的可能, 使得对有用信息提取困难, 降低了波前检测精度。从理论上分析了CCD非线性效应产生高次频谱分量和导致频谱混叠的原因, 给出非线性条件下避免频谱混叠的条件, 提出了通过提高空间载频的方法来减小或消除CCD非线性效应导致的频谱混叠。计算机模拟和实验结果表明, 该方法能够有效抑制频谱混叠并显著提高波前检测精度。
径向剪切干涉 CCD非线性 傅里叶变换 频谱混叠 空间载频 radial shearing interferometry nonlinearity of CCD Fourier transformation frequency overlapping spatial carrier frequency
1 湖南文理学院 物理与电子科学学院，湖南 常德 415000
2 重庆文理学院 物理与信息工程系,重庆 402168
讨论了用双频光栅方法对包含突变成份的物体产生的变形条纹进行傅里叶变换时，可能会出现频谱混叠问题.推出了低频光栅的频谱f1与高频光栅的频谱f2不相互混叠的条件，分析了探测器非线性会引起同一光栅间频谱发生混叠情况.考虑到通常情况下低频光栅频谱f1与高频光栅频谱f2的混叠起主要作用，因此在该情况下用计算机仿真与实验验证了：当f2<2f1时，f1与f2相互混叠，物体面形难以恢复；当f2>2f1时，f1与f2不相互混叠，物体面形恢复得很好.
傅里叶变换轮廓术 双频光栅 频谱混叠 探测器非线性 抽样 Fourier transformation profilometry Dual-frequency grating Frequency overlapping Nonlinearity of detector Sampling
四川大学电子信息学院, 四川, 成都 610064
为了消除傅里叶变换轮廓术中零频成分的扩展对测量范围和精度的影响, 将经验模态分解方法引入到傅里叶变换轮廓术中,对变形条纹图进行经验模态分解, 将条纹图分解为一系列的从高频到低频排列的固有模态函数, 达到将高频成分和低频成分相分离的目的, 用以消除零频成分,提高测量范围。同采用相移消除零频成分的技术相比, 此方法只需要一帧条纹图, 测量装置简单、实时性强、计算速度快。文中给出了理论分析和实验验证。
光学测量 傅里叶变换轮廓术 经验模态分解 频谱混叠
为了研究抽样对复合傅里叶变换轮廓术测量精度的影响，避免因抽样造成的频谱混叠，采用梳状函数对连续变形条纹进行抽样的方法，并结合卷积性质，在相位方向和其垂直方向上分别进行了讨论，从而得到了在实际测量中两个方向上抽样频率的选择依据。结果表明，在相位方向上，抽样频率应至少为基频的4倍；在垂直方向上，抽样频率必须至少为两个载频中较大频率的3倍。计算机模拟和实验验证了理论分析的正确性。
激光物理 抽样 频谱混叠 复合傅里叶变换轮廓术 laser physics sampling spectrum overlapping composite Fourier-transform propfilometry
