中国海洋大学物理与光电工程学院，山东青岛 266101
激光散斑会严重影响图像的质量，降低图像的对比度和分辨率，为了抑制激光投影散斑，基于人眼视觉暂留特性和漫散射体散斑抑制原理，搭建了一套基于运动循环胶质溶液的散斑抑制装置，该装置体积小，并能有效抑制散斑，实现散斑对比度低于人眼观测阈值 5%的抑制效果，光的透过率可达 65%以上，同时该装置比起振动扩散器，在降低噪声及价格上具有明显的优势，具有一定的实用推广价值。
激光投影 散斑 漫散射 散斑对比度 扩散器 laser projection speckle diffuse scattering speckle contrast scatter
1 浙江工业大学 理学院，浙江杭州30023
2 杭州谱育科技发展有限公司，浙江杭州31111
为了有效抑制激光散斑，真正实现激光显示和成像系统的大色域、高亮度和超优画质，提出了基于履带式运动柔性衍射光学器件（Diffractive Optical Elements， DOE）的散斑抑制方法，对柔性衍射光学器件的设计、制造、耐久性和散斑抑制效果进行了研究。首先设计了柔性衍射光学器件的光学结构，并描述了履带式运动柔性衍射光学器件形成动态二维衍射编码的机理；接下来介绍了柔性衍射光学器件的模板制备、热压成型、连接成环的工艺方法；之后搭建激光投影显示系统对所研制的聚氯乙烯（Polyvinyl Chloride， PVC）和聚丙烯（Polypropylene， PP）两种材料的柔性衍射光学器件的散斑对比度和耐久性进行实验研究。实验结果表明，提出的基于履带式运动柔性衍射光学器件的激光散斑抑制方法，可将红绿蓝三色激光的散斑对比度降低到5%以下，同时系统具有小型化、低功耗的优点。在长达三十天的耐久性实验中，聚氯乙烯和聚丙烯两种材料的柔性衍射光学器件都没有明显形变和散斑抑制效果的衰减，且PP材料柔性DOE比PVC材料柔性DOE散斑抑制效果更明显、耐久性也更好。满足大色域、高亮度、超优画质的要求，并具有小型化、低功耗、高可靠的优点。
激光散斑抑制 衍射光学器件 耐久性 散斑对比度 聚丙烯 laser speckle suppression Diffractive Optical Elements （DOE） durability speckle contrast Polypropylene （PP）
西安理工大学机械与精密仪器工程学院，陕西 西安 710048
提出一种手动旋转双散射片的散斑噪声抑制方法，以一动一静的工作模式获得多幅独立的散斑场，通过多幅再现像叠加实现散斑的抑制。通过理论分析一动一静双散射片和单散射片的时间相关函数，证明一动一静双散射片的去相关速率明显高于单散射片，具有更好的散斑抑制效果。实验上分别进行了不同目数单散射片和双散射片、相同目数单散射片和双散射片之间的对比研究。从散斑对比度结果可以看出，散射片目数越多，再现像叠加数量越多，散斑抑制效果越好，并且双散射片的散斑抑制效果要优于单散射片。以相位光栅为样本，采用一动一静双散射片方式验证了所提方法的可行性，该方法获得了更好的成像效果。
测量 全息干涉测量 散斑抑制 手动旋转散射片 一动一静双散射片 散斑对比度
北京理工大学 光电学院 混合现实与新型显示工程技术研究中心, 北京 100081
基于部分相干光理论, 推导了空间部分相干光的等效表达式, 提出一种产生全息图的算法。算法根据推导的空间部分相干光表达式建立相应的数学模型, 且根据夫琅禾费衍射的光学性质, 将数学模型与角谱理论和迭代算法相结合; 在此基础上, 结合时间平均理论进一步降低散斑。通过散斑对比度和峰值信噪比进行图像质量评价, 理论结果表明: 所提算法产生的全息图再现图像可以将散斑对比度降低21.7%。
计算全息 空间部分相干光 散斑消除 散斑对比度 峰值信噪比 Computer generated holography Partially spatial coherent light Speckle elimination Speckle contrast Peak signal to noise ratio
1 中北大学 山西省光电信息与仪器工程技术研究中心, 山西 太原 030051
2 中北大学 仪器科学与动态测试教育部重点实验室&电子测试技术重点实验室, 山西 太原 030051
根据成像原理推导了运动透镜、运动45°直角棱镜, 以及旋转反射镜所引起的角度变化公式, 并对影响角度变化的参数(透镜的焦距、物距及光源的发散角等)和引入角度多样性的这三种方法进行了分析比较。实验结果与理论分析表明, 在相同条件下, 将45°直角棱镜运动20 μm和反射镜旋转0.02°就能实现两个完全独立散斑图样, 而运动透镜需要更大的位移, 这为设计运动方案引入角度多样性激光散斑抑制提供参考。
激光散斑 散斑抑制 角度多样性 散斑对比度 laser speckle speckle suppression angle diversity speckle contrast 红外与激光工程
2017, 46(8): 0806004
1 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
2 阿德雷德大学 化工学院, 阿德雷德 5005
3 纽卡斯尔大学 化学工程与先进材料学院, 纽卡斯尔NE1 7RU
使用图像法测量崩塌角存在测量标准差大的问题（0.5°左右）。为了解决这个问题，采用一种新的基于动态散斑对比度的崩塌角在线测量方法和系统进行了理论分析和实验验证。当激光照射到滚筒内运动的颗粒上，在远场形成动态散斑，利用线阵CCD相机得到散斑随时间变化图像，通过分析散斑图像的对比度计算出颗粒流的速度波动，再找出两次崩塌的间隔时间，最后利用转速乘以间隔时间就可以得到崩塌角。实验中采用粒径为1mm~1.25mm的玻璃珠，分别采用动态散斑法和图像法测量了不同转速下的休止角的数据。结果表明，动态散斑对比度崩塌角在线法时空分辨率高，测得数据的标准差较小、重复性好、数据拟合的确定系数高。这一结果对滚筒内颗粒流的在线测量和科学研究是有帮助的。
测量与计量 颗粒流 崩塌角 动态散斑对比度 measurement and metrology granular flow slumping angle contrast of dynamic speckle
为了解决激光成像系统中的散斑问题, 利用ULN2003芯片驱动喇叭振动光纤对激光成像系统中的散斑特性进行了研究。采用波长为532nm的激光作为系统光源, 通过线阵CCD图像传感采集系统对激光散斑图像进行采集, 对塑料光纤在不同振动频率下的激光散斑对比度进行了分析。结果表明, 在光纤振动幅度不变、振动频率在0Hz～20Hz内逐渐增加时, 图像散斑对比度逐渐减小; 当振动频率大于16Hz时, 图像的散斑对比度趋于稳定, 达到良好的散斑抑制效果, 可用于激光显示及激光成像等领域。
激光技术 激光散斑 光纤振动 散斑对比度 频率 laser technique laser speckle optical fiber vibration speckle contrast frequency
为了抑制高速摄影中激光照明产生的散斑噪声对图像信息的干扰，分析了散斑的统计特性，并在此基础上对光束非相干叠加降噪原理进行了分析，讨论了参与叠加的散斑平均光强不等时叠加后散斑对比度的变化情况，对参与叠加的散斑平均光强满足不同分布时叠加后散斑对比度随叠加个数的变化情况进行了模拟。结果表明，参与叠加的散斑平均光强差异越大叠加后的散斑对比度越大，噪声抑制效果越差。并通过实验对理论结果进行了验证。
散射 高速摄影 激光散斑 非相干叠加 散斑对比度
1 中北大学电子测试技术重点实验室, 仪器科学与动态测试教育部重点实验室, 山西 太原 030051
2 山西傲维光视光电科技有限公司, 山西 太原 030032
基于激光投影显示系统中散斑形成机理，从理论上分析了影响投影系统中散斑抑制的两个关键参数，即统计独立散斑图像数量N 和探测器成像镜头在观测屏上一个分辨基元内投影镜头分辨基元的数量M。参数M 或N 值的增大，都将有效降低散斑图像的对比度，但即使投射到屏幕上的独立散斑图像数目N 实现巨大，即N→∞，也只能将散斑图像对比度降至1/ M 。在简化投影系统中，利用旋转小散射片产生统计独立散斑图像的方法，通过系统实验，比较了同一散斑抑制技术用于激光非投影和投影系统中散斑抑制的程度，以及投影镜头F 数和探测器成像镜头F 数的变化对参数M 和散斑抑制的影响。结果表明：对于相同N 值和检测条件，投影镜头的存在使散斑图像对比度从0.146 提高到了0.427，呈现的散斑更严重，且投影镜头F 数的增大还会进一步恶化散斑图像，这使得激光投影系统的小型化受到挑战。
统计光学 激光散斑 投影镜头分辨率 散斑对比度
西安邮电大学电子工程学院，陕西 西安 710061
激光散斑传感技术具有结构简单、灵敏度高等特点，可以实现对应力、振动、距离、速度、流速等物理量的传感测量，已成为光学传感领域中的研究热点之一。设计了一套基于激光散斑的应力传感系统。该系统使用波长为405 nm激光作为光源，利用音圈电机振动多模光纤，同时采用CCD图像传感采集系统对抛光玻璃表面进行显微成像，通过MATLAB软件对采集到的散斑图像进行分析处理，计算散斑对比度，拟合散斑对比度随时间变化的曲线。结果表明：散斑图像对比度的变化反应了多模光纤应力的变化，通过多模光纤应力变化可以判断是否有入侵者，实现了防盗功能。
激光散斑 应力传感 显微成像 散斑对比度 防盗 laser speckle stress sensing micro-imaging speckle contrast anti-theft 红外与激光工程
2015, 44(12): 3729
