1 中国科学院自适应光学重点实验室，四川 成都 610209
2 中国科学院光电技术研究所，四川 成都 610209
3 中国科学院大学，北京 100049
在天文大视场高分辨率成像领域，对地表层自适应光学(Ground-Layer Adaptive Optics, GLAO)系统作出准确的理论评估是系统设计与优化的关键前提。在GLAO技术中，地表层湍流特性与导引星布局是影响系统性能的重要因素。针对不同湍流环境与导引星位置分布，基于空间频谱滤波理论和蒙特卡洛方法对GLAO系统进行理论分析与性能评价工作，从而验证两种方法的正确性与准确性。结果表明，两种模型得到的系统校正规律呈现明显的一致性。在一定条件下，两种方法数值模拟偏差最大不超过4.6%。空间频谱滤波原理将系统简化为线性模型，其计算速度更快，便于发现系统特征规律，但是该方法适用于导引星呈对称布局的系统性能分析，不适用于非对称排布的任意导星布局解析分析。蒙特卡洛方法结合真实系统的物理过程进行实时模拟，其导引星布局可以任意设置，对于系统实际运行状态的预测更加准确。在两种分析方法对比的基础上，进一步针对系统布局给出了初步的优化结果，相关工作对未来GLAO系统的设计与优化具有指导意义。
地表层自适应光学 空间频谱滤波理论 蒙特卡洛 导引星 ground-layer adaptive optics spatial frequency spectrum filtering theory Monte Carlo guide stars 红外与激光工程
2022, 51(7): 20210744
1 中国科学院上海技术物理研究所，上海 200083
2 中国科学院红外探测与成像技术重点实验室，上海 200083
3 中国科学院大学，北京 100049
针对多帧短曝光图像叠加，提出一种融合成像系统自身的角度信息，通过光学系统与相机系统的坐标变换计算来获得图像偏移像素的方法。对于每一帧短曝光图像的角度，利用光学系统几何关系进行亚像素级偏移配准，再通过傅里叶变换的频移特性构建傅里叶频谱滤波器，在频域对图像进行亚像素级别的修正，并使用刃边法对图像进行高频响应评估。对比未修复图像，经所提算法修正后图像在50%调制传递函数（MTF50）衰减处的分辨率从20 lp/mm提升到33 lp/mm，且其修复效果优于传统二次插值算法的修复效果；所提算法在40~80 lp/mm分辨率范围内具有较好的修复效果，MTF的峰值提升了4倍。
成像系统 遥感光学系统 短曝光图像叠加 数据融合 傅里叶频谱滤波器 光学学报
2022, 42(24): 2411001
光子学报
2022, 51(11): 1114003
光学 精密工程
2022, 30(11): 1272
1 河北工程大学数理科学与工程学院，河北 邯郸 056038
2 河北省计算光学成像与光电检测技术创新中心，河北 邯郸 056038
提出了一种基于分束棱镜分光的共路离轴数字全息光路系统，该系统不仅能任意调节物光光强与参考光光强的比值，还可以灵活调节全息图频谱三项分离的距离，解决了传统针孔滤波共路离轴数字全息系统记录的全息图条纹对比度不高和记录器件的空间带宽积利用率不充分的问题。在理论和实验上分析了系统调试条纹对比度和频谱三项距离的可行性，介绍了相应的调节方法，并通过实验分析验证了该系统的成像性能。
全息 数字全息技术 显微术 定量相位测量 频谱滤波 中国激光
2022, 49(13): 1309002
山东大学信息科学与工程学院，山东省激光技术与应用重点实验室, 山东 济南 250100
莫尔轮廓术是实现物体三维面形测量的主要方法之一，它基于莫尔条纹产生和分析技术。莫尔条纹产生方法主要有阴影法、投影法和数字合成法三种。对于数字合成法，目前通常采用低通滤波提取莫尔条纹，低频区域含有许多无用频率成分，会降低所提取的莫尔条纹的质量。通过分析参考条纹图像和变形条纹图像经相乘、相加、相减运算结果图像的频谱，比较不同滤波处理方法对提取莫尔条纹的影响，提出一种采用带通滤波提取莫尔条纹的新方法。与低通滤波相比，带通滤波可以产生衬比度更高的强度分布为标准余弦分布的莫尔条纹；此外，相加和相减运算产生的莫尔条纹之间相位相差p，明暗反转。计算机模拟和实际实验均验证了上述分析结论的正确性和该方法的有效性与可行性。
测量 三维面形测量 莫尔轮廓术 莫尔条纹 频谱滤波 中国激光
2015, 42(12): 1209002
1 四川大学 电子信息学院, 成都 610065
2 华北光电技术研究所, 北京 100015
提出了一种利用二维窗口傅里叶变换从径向剪切干涉条纹中准确得到波前的重建技术。首先对剪切干涉条纹做二维窗口傅里叶变换，设置阈值和频率积分范围后，进行二维窗口傅里叶逆变换，然后对包裹相位做去载频和相位展开处理得到相位差分布，最后使用波前迭代算法从相位差中复原实际波前。模拟计算表明，使用该方法最大相位复原误差为0.82%，均方根值为0.020 9 rad，实验结果验证了该方法的有效性。同时也对窗口傅里叶变换的关键参数，如窗函数的选择、窗口大小的确定以及阈值的选取等进行了简要讨论。与传统傅里叶变换法(FFT)相比，基于窗口傅里叶变换的剪切干涉波前检测法有更高的精度和稳定性，为波前检测提供一种新的处理方法。
波前检测 窗口傅里叶变换 径向剪切干涉 频谱滤波 wavefront measurement windowed Fourier transform radial shearing interferometer spectrum filtering
为了提高离轴数字全息图的再现像质量, 提出了一种消除离轴数字全息零级像和共轭像的方法。该方法通过对参考光进行一次π相移、记录两幅全息图, 对两幅全息图作差后进行傅里叶变换, 结合频谱滤波的方法用矩形窗函数从中滤出包含有物光波频率成分的频谱, 然后对其进行数字再现。结果表明, 在零级像和±1级像有重叠的情况下, 该方法能有效地消除零级像和共轭像的干扰, 有效提高再现像质量。
全息 数字全息术 π相移技术 频谱滤波 holography digital holography π phase shift spectral filtering method
1 天津大学 精密仪器与光电子工程学院
2 光电信息技术科学教育部重点实验室,天津 300072
研究了一种在有多种纹理叠加的复杂图像中进行单一纹理提取的算法。首先采用极坐标方法分析纹理频谱的环型和楔型特征并求出纹理分布的周期和方向特征;然后根据这些特征在频域中构建环型和楔型Gauss带通滤波器对纹理频谱进行滤波;再将滤波后的频谱图像转换到时域中就得到了只保留相应纹理成分的图像;最后经过纹理区域矫正处理后就可以提取出真实的纹理。实验结果表明,该方法可以准确提取出图像中叠加的多种纹理,并能完整保留每种纹理的基本特征,在纹理分布不均匀的区域也能提取出纹理的骨架。
多纹理提取 极坐标方法 频谱滤波 Gauss带通滤波器 multi-texture extraction polar coordinates method frequency spectrum filtering Gauss pass-band filter
南开大学现代光学研究所光电信息技术科学教育部重点实验室,天津 300071
提出了一种用多波段θ调制的白光光学/数字图像处理作多光谱照相的技术,即通过使用多波段θ调制器对目标的某几个波段信息进行调制,使用傅里叶变换技术对各个多波段图像解调,可分别得到目标各波段的图像信息,然后通过假彩色融合得到目标多波段假彩色图像。从理论和实验上论证了使用多波段θ调制器与单个CCD探测器组成的多光谱照相系统,代替传统的多个相机构成的多光谱照相系统的可行性和优越性。该技术与传统多光谱照相技术相比,具有体积小、重量轻和假彩色融合操作简单方便等优点。
图像处理 多波段θ调制器 调制 解调 空间频谱滤波 假彩色融合
