西安工业大学光电工程学院，陕西省薄膜技术与光学检测重点实验室，陕西 西安 710021
提出了一种基于光强迭代的单幅干涉图相位提取方法，实现了对单幅干涉条纹图的高精度相位提取。首先通过对原始干涉图进行预处理得到初始相位；将初始相位引入到干涉条纹图的强度表达式中，利用最小二乘法初步得到背景光和调制光；再将初步估计的背景光和调制光代入最初干涉图的强度表达式中以求解待测相位，比较得到的待测相位和初始相位，若不满足迭代精度要求，则重复上述相位求解过程并实现迭代，若求解的相位与初始相位的均方根差值满足收敛条件，则停止迭代。进行仿真和实验研究，得到的100 mm口径平面元件的测量提取结果与实际相位一致。结果表明，该方法在具有较高检测精度的同时能够有效地保证算法的稳定性。
测量 干涉测量 单幅干涉图 迭代方法 最小二乘法
1 咸阳师范学院 实验实训中心, 陕西 咸阳 712000
2 中国电子技术标准化研究院, 北京 100007
3 深圳赛西信息技术有限公司, 广东 深圳 518000
针对传统移相干涉测量中需要多帧干涉图, 对测量设备稳定性要求高, 相位提取速度较慢的问题, 提出了一种基于干涉图特殊极值特征的两帧随机相移干涉图相位解算方法。该方法仅需两帧干涉图, 利用高斯高通滤波器对具有随机相移量的两帧干涉图分别进行处理以滤除其背景, 再通过干涉图中一定数量的特殊极值特征像素点来确定两帧干涉图之间的相移量, 进而根据反正切相移相位提取算法对干涉图的相位进行解算。仿真模拟和实测对比结果表明, 该方法可通过两帧随机相移干涉图获取较高精度的测量相位, 大大减少了测量系统误差对相位解算结果的影响, 对于256×256pixels的石膏像眼部干涉图, 执行时间在0.02s以内, 相位提取速度较快。
光栅投影 干涉图 随机相移 极值特征 相位提取 grating projection interferogram random phase shifting extremum feature phase extraction
1 桂林电子科技大学电子工程与自动化学院，广西 桂林 541004
2 广西光电信息处理重点实验室，广西 桂林 541004
3 桂林电子科技大学教学实践部，广西 桂林 541004
为了获得高精度的光谱，必须对空间外差光谱仪干涉图进行校正。针对空间外差光谱仪自身缺陷导致的干涉图非均匀误差，提出了一种基于傅里叶变换的校正方法。通过理论推导发现目标光谱是非均匀误差的傅里叶变换与误差光谱的卷积，并以连续光水汽干涉图为例进行了验证实验。结果表明，在2693组实验数据中，2679组数据得到了明显的校正效果，随机抽取3组数据校正后的标准差均提升了一个数量级，验证了该校正方法的有效性。
光谱学 空间外差光谱仪 干涉图 非均匀误差 误差校正 激光与光电子学进展
2022, 59(19): 1930002
1 桂林电子科技大学, 广西 桂林 541004
2 中国科学院安徽光学精密机械研究所通用光学定标与表征技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
空间外差拉曼光谱技术是近年兴起的一种超光谱探测技术, 它既具有拉曼光谱测量的非接触、 快速、 简单、 可重复、 无需样品准备等特点, 更具有空间外差的超光谱分辨率、 高通量、 无运动部件优点, 能在被测物质特征波长中心范围探测, 实现微弱拉曼光信号的直接测量。 由于被测信号微弱、 光学元件加工精度、 器件封装及仪器安装误差等原因, 会导致空间外差拉曼光谱仪(SHRS)接收到的干涉图存在光强分布不均匀、 干涉条纹倾斜或扭曲等现象, 从而使普通光谱恢复方法得到光谱信号准确度下降或无法识别。 根据SHRS探测到的干涉图所存在的误差特点, 将二维傅里叶变换应用于SHRS干涉图的光谱复原, 提出基于二维频域谱重采样的最强直线方向光谱提取方法, 以实现SHRS光谱的获取。 提取过程为: 将采集的目标干涉图进行二维傅里叶变换, 获得二维频谱图, 通过使用相同实验系统采集的单波长或多波长光源的二维频谱信号特征峰的位置信息, 拟合获取光信息强度最大方向直线方程。 然后根据该直线与目标二维频谱图各列交点坐标位置, 确定重采样贡献像元及权重。 对拟合直线方程经过的所有列像元进行重采样, 得到最终的光谱信号。 将该方法应用于自行搭建实验系统采集的三叶草干涉图数据, 同时与其他方法光谱复原结果进行对比。 结果表明: 与一维行平均光谱法比较, 该方法获取的光谱在探测波段中心区域信号强度更加明显, 同时消除了探测器热噪声的影响; 与二维频谱中心行直接提取法比较, 该方法是该方法的改进版本, 两者结果比较接近。 但是由于考虑到干涉条纹y分量的影响, 沿二维频谱信号最强方向重采样得到的最终光谱, 其主峰半峰宽更窄、 边频噪声强度更小, 且随着y分量的增加, 光谱复原效果及优势将越发明显。 该方法是空间外差拉曼光谱技术数据处理的一种有益补充与尝试。
光谱学 空间外差拉曼 干涉图 二维频谱图 Spectroscopy Spatial Heterodyne Raman Interferogram 2D Spectrogram
1 浙江万里学院信息与智能工程学院, 浙江 宁波 315100
2 西安交通大学电子与信息学部, 信息与通信工程学院, 陕西 西安 710049
3 西安现代控制技术研究所, 陕西 西安 710065
针对由非线性光程差恢复出的光谱会出现附加频率噪声而导致复原谱线加宽,严重影响光谱质量,为此提出一种仅对特征光源进行一次测量即能完成干涉图非线性光程差校正及波长定标的方法。通过对特征光源的单次测量可获得干涉图,计算干涉图中包含的非线性相位与大致中心频率,并计算相对光程差,进而获得光程差与采样点之间的非线性映射关系,最终通过二次采样实现非线性光程差的校正。以静态双折射傅里叶变换光谱仪为例,首先构建系统的非线性光程差模型,给出非线性光程差的校正方法及其原理,然后采用汞氩灯作为特征光源进行实验验证,通过获取的干涉图提取汞氩灯的特征谱线,分析出不同波长下其对非线性光程差的影响,最后对非线性光程差进行校正和波长定标。实验结果表明,经所提方法校正后,546.074 nm波长处谱线的半峰全宽由未校正的9.08 nm变为4.14 nm,说明所提方法有效提升了光谱仪的分辨率与准确度。
光谱学 傅里叶变换光谱仪 非线性光程差 干涉图 定标
1 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
相位误差校正是恢复高质量光谱图的关键环节之一。常用的 Mertz 法利用过零采样的单边干涉图数据, 可以快速进行相位校正。针对该方法中对非对称干涉图利用不均匀导致的光谱图高频分量恢复不准确的问题, 提出基于改进 Mertz 法的相位校正方法。利用奇次多项式对非对称干涉图加权, 使得改进的 Mertz 法均衡利 用 “小双边" 干涉图的光谱信息。实验结果表明: 采用所提出的改进 Mertz 法能有效恢复光谱的细节信息, 提升仪器的信噪比。相比于线性函数加权法, 所提出的奇次多项式加权在 900～1100 cm－1 波段 和 2500～2600 cm－1 波段, 平均峰- 峰值信噪比分别提升了 1.2%、2.3%, 均方根值信噪比分别提升了 3.6% 、1.1%。
光谱学 相位校正 改进的 Mertz 法 干涉图 奇次多项式加权 spectroscopy phase correction improved Mertz method interferogram odd polynomial weighting
