1 河北工程大学 数理科学与工程学院, 河北省计算光学成像与光电检测技术创新中心, 河北省计算光学成像与智能传感国际联合研究中心, 河北 邯郸 056038
2 首都师范大学 物理系, 北京 100048
快速、精确地对粒子进行三维定位在生命科学、材料科学、工业检测等领域具有重要的应用价值。传统的粒子定位方法由于运算量繁重, 难以满足快速、精确的需求。文章提出了一种新的基于相位掩模的粒子三维定位方法。采用Fienup优化算法设计位于4f系统频谱面上的相位掩膜, 针对不同深度的点光源获得一系列点扩散函数; 结合粒子位置和所成图像进行神经网络训练, 可在8 μm轴向范围内经单次测量实现目标粒子在三维空间中的高精度定位。两组模拟设计的数值结果表明所提方法能够快速高效地完成稀疏粒子的三维定位, 在细胞粒子成像定位等方面具有重要的应用价值。
三维定位 点扩散函数 Fienup优化算法 神经网络 4f系统 three-dimensional positioning point spread function fienup optimization algorithm neural network 4f system
广东工业大学物理与光电工程学院, 广州, 510006
提出一种基于磁光调制的新型转换方法, 该方法利用磁光效应实现对入射光束偏振方向的调控, 通过调节磁光调制装置的电信号的强弱, 任意控制矢量光束的偏振方向。仿真分析表明, 该方法能实现径向偏振光与角向偏振光之间的灵活转换。
磁光调制 矢量光束 空间光调制器 4f系统 magneto-optic modulation vector beam spatial light modulator 4f system
1 四川大学物理科学与技术学院, 成都 610064
2 四川大学高能量密度物理及技术教育部重点实验室, 成都 610064
在惯性约束核聚变激光驱动装置中, 光路庞大复杂且元器件众多, 为保证激光系统正常运行需对光路进行精密调节。特别是装置中的多个4F系统, 需调整激光光路使其聚焦后对准焦平面滤波小孔中心, 以保证激光顺利通过并实现低通滤波作用。目前实际工程中采用凹透镜背光照明的方法判断光束是否准确过孔, 但该方法步骤繁琐且调整精度较低, 给实际光路调整带来了极大的不便。本文基于全息原理, 提出了一种简单高效的4F系统光路调整方法, 通过一特殊设计的分光照明衍射光学元件, 可一步实现激光聚焦过孔的判断与调整, 可有效解决现有4F系统光路调整的困难。
惯性约束聚变 分光照明 衍射光学元件 4F系统 inertial confine fusion beam-splitting illumination diffractive optical element 4F system
上海理工大学光电学院上海市现代光学系统重点实验室, 上海 200093
基于4F系统, 利用哈特曼-夏克传感器的检测原理, 提出了一种测量透镜焦距的方法, 给出了实验原理图、计算公式以及实验结果。与传统透镜焦距测量方法相比, 不仅可以很方便地得到较高精度的焦距值(相对误差在0.1%以下), 同时还能得到透镜检测区域成像的波像差分布信息。
4F系统 哈特曼-夏克 透镜焦距 4F system Hartmann-Shack focal length
1 山东大学信息科学与工程学院, 山东 济南 250100
2 山东省激光技术与应用重点实验室, 山东 济南 250100
传统Gabor同轴全息中的直透参考光波与衍射物光波空间重叠，因而无法实现相移干涉。针对这一问题，提出了一种在Gabor同轴全息中引入相移的数字全息方法。根据空间频谱域中不同频率分量空间分离的特点，通过在4f系统的频谱面上采用纯相位空间光调制器对空间频谱的零频分量（直透参考光波）单独进行相位调制实现相移干涉，然后利用相移干涉算法得到再现像。理论分析和实验结果表明，基于4f系统的Gabor同轴相移数字全息方法可以在保留Gabor同轴全息光路简单、受环境振动和空气扰动影响小、对光源相干性和记录器件空间分辨率要求较低等优点的基础上，消除直流项和共轭像的影响，提高了再现像质量。
全息 傅里叶光学 Gabor同轴数字全息 相移干涉测量术 光学4f系统 空间光调制器 激光与光电子学进展
2013, 50(6): 060902
1 重庆电力科学试验研究院，重庆 401123
2 重庆大学 通信工程学院，重庆 400030
为处理4f 相干光图像处理系统中存在的随机噪声和低频相干噪声，提出一种基于多谱点图像融合的相干光图像处理系统降噪方法。先利用空间光调制器的点阵结构带来的图像复制功能，在同一次试验中获取多个谱点图像，其中各图像包含有相同的图像信息和同分布规律但不同数值形式的噪声信息。再使用图像融合技术将这些图像合并，用类似于时域累积平均的方式淡化随机噪声和相干噪声。理论分析和物理实验表明，该方法既能处理随机噪声，又能有效处理低频段的相干噪声，并且对图像信息几乎没有损失。
信息光学 多谱点图像 图像融合 图像降噪 4f 系统 information optics multiple spatial frequency spectrum images image fusion image denoise 4f system
提出了一种应用于4f光学系统的光学小波滤波器的设计与制作方法。结合光学信号的优势 与小波变换的优点，利用双正交小波的共轭镜像特性构造出了频域形式的分解和重构滤波器。通过将滤波器放置在4f系统的 频谱面上对图像成功实现了二维分解和重构。另外还根据信息处理要求和采样器件的特性，制作了振幅型和位相 型两种小波滤波器。这两套滤波器都可以完整地分解和重构图像，因而进一步推进了光学小波变换实现图像数据的实 时压缩，为图像的快速传输奠定了基础。该方法是4f系统频谱滤波器上的一种创新。选用离散的Bior2.2小波进行了仿真与 实验。实验结果表明，这种方法具有可行性。
光学滤波 小波变换 4f系统 光阑 张量积 optical filtering wavelet transform 4f system optical lens screen tensor product
浙江师范大学 信息光学研究所，浙江 金华 321004
为提高数字全息再现像视角，提出一种基于滤波成像的数字全息技术来实现大视角的三维物体面型测量.利用离轴像面数字全息技术，通过在4F相干图像处理系统的空间频谱面处放置可移动的低通滤波器，使满足CCD分辨率的物光波与参考光波干涉形成全息图，并控制低通滤波及成像区域分别记录不同谱段的子全息图.再现时，首先对子全息图进行数字傅里叶变换，重构对应频谱段，并对频谱段进行拼接形成完整的物光频谱；而后通过数字再现获得大视角的数字全息再现像.利用该方法测量了圆柱形表面(光滑的缝纫针)的三维形貌，并取得了较好的实验结果.
数字全息技术 大视角 4F系统 频谱拼接 Digital holographic technique Large viewing angle 4F system frequency stitching
大多数图像复原算法需经多次迭代运算才能获得满意的结果,其耗时较长。针对该问题,引入4f迭代函数系统来实现图像迭代运算,提出了一种理论模型,并结合迭代外推算法进行频谱的延拓,对图像进行降噪处理。实验结果证明,该方法能有效改善图像质量，提高图像峰值信噪比。
图像 复原 噪声 迭代外推 4f系统 image restoration noise iterative extrapolation 4f system
