1 浙江省光信息检测与显示技术研究重点实验室， 浙江 金华321004
2 浙江师范大学信息光学研究所， 浙江 金华 321004
剪切散斑相移干涉术需要提取物体加载后的动态相位变化，因此提出一种基于主元分析的随机相移散斑图分析算法。该算法采用相关计算法从随机相移散斑图中获得随机相移条纹图，然后利用主元分析算法（PCA）从一组随机相移条纹图中提取动态相位分布。实验结果表明，相关计算法处理散斑图所得的随机相移条纹图具有较高信噪比,PCA提取的相位具有较高的精度和效率。该算法无需迭代计算，对随机相移条纹图的空间载波频率没有严格的要求，适合动态剪切散斑干涉测量。
测量 剪切散斑相移干涉术 条纹分析 主元分析 相关计算法 散斑图 中国激光
2016, 43(12): 1204002
浙江师范大学 信息光学研究所, 浙江 金华 321004
针对带倾斜相移误差的闭合干涉图，提出一种非迭代的高精度相位提取方法.该方法用傅里叶变换估计闭合条纹的相位,并用图像分割校正相位的符号，然后利用Zernike多项式拟合确定倾斜相移量，最后用最小二乘拟合得到高精度相位.数值模拟结果表明：该方法的相位提取误差随着干涉图中条纹根数的增多而减小；当干涉图中条纹根数为4.5时，倾斜相移的估计误差为0.37%.实验结果表明该方法的残余误差均方根值为0.121 7rad.该方法精度高，且无需迭代计算，可应用于相移干涉测量.
相移干涉测量 条纹分析 傅里叶变换 闭合干涉图 倾斜相移误差 Phase shifting interferometry Fringe pattern analysis Fourier transform method Closed interferogram Tiltshift error.
浙江师范大学 信息光学研究所, 浙江 金华 321004
利用主元分析从一组干涉图中提取相位和相移量, 得到相移量与驱动电压之间的对应关系, 从而实现压电陶瓷相移器的非线性校准.模拟结果表明: 主元分析法计算相移量的误差随着干涉图中条纹根数的增多而减小;当干涉图中条纹根数多于0.25时, 相移量计算误差小于0.1664rad.实验结果表明: 相移量计算误差是周期分布, 对相移器校准准确度影响小.该方法无需迭代计算, 且对干涉图中条纹根数没有严格要求, 因此是一种高效且实用的校准方法.
干涉测量 条纹分析 主元分析 压电陶瓷相移器 相移技术 Interferometry Fringe analysis Principle component analysis Piezoelectric ceramic transducer Phase shifting techniques
1 浙江师范大学信息光学研究所, 浙江 金华 321004
2 浙江省光信息检测与显示技术研究重点实验室, 浙江 金华 321004
基于主元分析的随机相移算法在动态干涉测量中有重要的应用。目前现有文献尚不能解决该算法存在的相位符号不确定性以及无法评估提取相位结果的可靠性。为了解决该问题，利用主元分析方法从随机相移干涉条纹中同时取相位分布和相移值，然后分析相位符号、精度与相移值之间的关系，最后利用所求相移值确定相位符号并表征相位的可靠性。数值分析和实验结果验证该方法的有效性。数值模拟结果表明相位符号由相移值曲线斜率的符号决定，相位提取结果的可靠性取决于相移值的随机统计特性。
测量 随机相移算法 主元分析 干涉图
浙江师范大学 信息光学研究所, 浙江 金华 321004
提出一种有效的单帧闭合条纹解调方法, 该方法采用傅里叶变换、带通滤波器和傅里叶逆变换估得初始相位, 然后通过图像分割、相位符号校正和Zernike多项式拟合得到高准确度相位分布.用图像分割和相位符号校正解决了相位符号不确定性, 用Zernike多项式拟合抑制了分割线附近的局部相位误差.数值分析了残余相位误差与干涉图参量(如倾斜量、离家量和随机噪音)之间的定性关系, 结果表明: 该方法所得相位与ZYGO 移相干涉仪测试结果吻合较好, 残余相位误差小于参考值的1/10, 验证了该方法的有效性.
干涉测量 相位解调 闭合干涉图 傅里叶变换 Interferometry Phase demodulation Closed interferogram Fourier transform
1 浙江师范大学 信息光学研究所，浙江 金华 321001
2 浙江师范大学 光信息检测与显示技术研究省重点实验室，浙江 金华 321001
基于对多层衍射元件的衍射效率的理论分析，设计了用于头盔显示器的含有多层衍射元件的60°视场折/衍射混合目镜系统。系统在设计波段和整个视场范围内衍射效率均在90 %以上，提高了光能利用率和像面对比度。目镜的出瞳距离为22 mm，出瞳直径为8 mm。调制传递函数（MTF）在25 lp/mm时全视场均在0.38以上，满足VGA分辨率要求。目镜中畸变为4.8%，垂轴色差最大为10 μm。整个系统结构紧凑，镜头总长26.8 mm，最大直径16 mm，全系统质量仅8 g，实现了光学系统的轻小型化。
光学 光学设计 头盔目镜 折/衍射混合 多层衍射光学元件 optics optical design eyepiece for head-mounted display hybrid diffractive/refractive multilayer diffraction optical element
1 浙江师范大学 信息光学研究所, 浙江 金华 321001
2 浙江师范大学 浙江省光信息检测与显示技术研究重点实验室, 浙江 金华 321001
设计了一种含有三层衍射光学元件的60°视场头盔显示目镜, 并给出了系统优化过程和结果.在整个视场和设计波段范围内三层衍射光学元件的衍射效率均在90%以上, 提高了系统的光能利用率和像的对比度.此目镜光学系统的出瞳直径为8 mm, 出瞳距离为22 mm.整个系统重量仅为8 g, 总长度为26.8 mm, 结构轻便紧凑, 具有良好的光学性能, 满足头盔显示目镜的使用需求.
光学设计 头盔目镜 折/衍射混合 多层衍射光学元件 Optical design Eyepiece for head-mounted display Hybrid diffractive/refractive Three-layer diffraction element
浙江师范大学 信息光学研究所, 浙江 金华 321004
高阶谐波和随机相移误差是影响条纹分析精度的主要因素。为了同时解决这两个问题，提出了基于频域滤波的迭代相移算法。该算法采用巴特沃斯低通滤波器，从频域上滤除条纹的高阶谐波分量，再运用最小二乘迭代方法从三帧随机相移条纹图像中提取相位信息。数值模拟和实验结果表明,该算法可有效地抑制由高阶谐波和随机相移引入的波纹误差，误差PV值和RMS值分别为0.368 8 rad和0.025 3 rad，其精度高于传统的三步相移算法和Wang算法。该方法适合于高精度干涉测量和三维物体表面轮廓测量。
频域滤波 最小二乘迭代 随机相移 高阶谐波 frequency filtering leastsquares iteration randomly phaseshifting error highorder harmonics
1 浙江师范大学 信息光学研究所, 浙江 金华 321004
2 成都精密光学工程研究中心, 成都 610041
干涉仪系统传递函数能有效地表征系统相位成像的性能。通过假设干涉成像系统是复振幅的线性平移不变系统，模拟计算正弦相位光栅和相位台阶这两类标准相位物体的成像，确定干涉仪系统传递函数。数值分析结果表明：系统传递函数随着波像差的增加而减小；干涉成像系统对小幅度相位（远小于1 rad）成像是近似线性的，而对大幅度相位(大于0.5 rad）成像则是明显非线性的。当正弦相位的幅度为1时，系统传递函数在1/2和1/3截止频率处出现明显的急剧下降。高度为π/2的相位台阶成像时，系统传递函数随着空间频率的增加而缓慢地降低。
干涉测量 相位成像 系统传递函数 波像差 正弦相位光栅 相位台阶 interferometry phase imaging system transfer function wavefront aberration sinusoidal phase grating phase step
浙江师范大学 信息光学研究所, 浙江 金华 321004
将统计理论中的主元分析应用到干涉条纹分析中，提出一种基于主元分析的随机相移算法。该算法先将多帧条纹数据分解成不相关的主元成分，然后从主元成分中提取2维相位信息。数值模拟结果表明:该算法不需要迭代运算就能从4帧完全随机相移干涉图中有效提取相位信息，运算时间少，精度高。实验结果表明主元分析相移算法比现有迭代相移算法更适合于随机相移干涉图分析。
干涉测量 主元分析 随机相移算法 干涉图 interferometry principal component analysis random phase-shifting algorithm interferogram
