作者单位
摘要
1 四川大学电子信息学院, 四川成都 610065
2 四川大学空天科学与工程学院, 四川成都 610065
提出了一种基于相位测量偏折术波前检测的三维流场流动显示方法。光线经过流场后的方向偏转反映流场内部折射率变化, 根据逆哈特曼波前检测模型, 通过同时记录多个视角的光线偏折量, 利用迭代反演重建技术对流场进行三维重构。详细介绍了测量原理以及算法, 通过数值模拟验证了高速流场瞬态流动结构的三维重建, 密度场重建误差的均方根误差(rms)约为 0.19kg/m-3, 验证了本方法的正确性。结果表明, 该方法具有非接触式定量测量、精度高、装置简单、成本低等优点, 为实现大视场定量的复杂三维流场密度测量提供理论基础。
相位测量偏折术 流动显示 光线追迹模型 迭代重建 密度场 phase measurement deflectometry flow visualization ray tracing model iterative reconstruction density field 
光学与光电技术
2023, 21(3): 15
昌成成 1,2潘良泽 1,2徐英明 1,2吴丽青 1,2[ ... ]朱健强 1,2,*
作者单位
摘要
1 中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室,上海 201800
2 中国科学院中国工程物理研究院高功率激光物理联合实验室,上海 201800
3 装备发展部某中心,北京 100034
随着能量输出能力的不断提升,高功率激光驱动器运行对光学元件的性能和打靶光束的质量都有了更高要求。传统测量仪器结构复杂、精度有限,难以满足实验需求。朱健强课题组将计算成像技术引入到高功率激光驱动器的参数测量中,精确测量大口径光学元件的形貌、应力分布、热畸变等特征,脉冲光束的时间、空间、近远场分布等参量,以及激光与物质相互作用的过程;进一步发展相干衍射成像(CDI)技术,开发出单次曝光三维PIE(ptychography iterative engine)技术、多模态相干调制成像(CMI)技术、分束编码成像技术等,建立了相干衍射成像技术的解析模型,在数学上分析了CDI技术解的唯一性。本文主要综述了课题组在惯性约束聚变中计算光学成像技术应用方面的研究进展。
计算成像 相位测量 激光束表征 激光放大器 computational imaging phase measurement laser beam characterization laser amplifiers 
光学学报
2023, 43(22): 2200001
方宇杰 1,2,3王霞 1,2,3,*苏秉华 2,3
作者单位
摘要
1 北京理工大学光电学院光电成像技术与系统教育部重点实验室,北京 100081
2 北京理工大学珠海学院,广东 珠海 519085
3 天临空地海”复杂环境智能探测重点实验室,广东 珠海 519085
非视域成像是指被测目标在相机探测视场外部,被测目标的光信号需要通过中介面反射后被相机采集,进而实施计算成像的一种技术。针对退化的非视域图像,去除中介面影响而获得清晰目标的过程属于一种光学逆问题。因此,中介面的光学散射特性在逆问题中的模型是一个关键。本文采用光子飞行时间测距(TOF)相机,提出一种非朗伯散射特性中介面的近似数值模型,并通过遗传算法求取,基于所求近似数值解,通过Lucy-Richardson(LR)反卷积实现非视域目标的三维重建。实验中,采用了打磨过的聚丙烯塑料(PP)板和亚克力(PMMA)板作为反射中介面,被测目标为表面形状复杂的石膏雕像、抛光塑料面板和多个目标的自然场景等常见实物,应用所提遗传-反卷积算法对非视域目标进行重构,通过重构前后的主观对比以及均方差的客观数据对比,得出重构后深度图像的均方误差是原始图像均方误差的1/7~1/2,表明了该算法的有效性。
光学数据处理 图像重构 散射后测量 相位测量 optical data processing image reconstruction scattering measurements phase measurement 
光学学报
2023, 43(21): 2111002
作者单位
摘要
1 河北工业大学机械工程学院,天津 300130
2 哈德斯菲尔德大学精密技术中心,西约克郡,哈德斯菲尔德 HD1 3DH,英国
Overview: Due to the large dynamic range and high precision, the optical 3D measurement technology based on phase calculation is widely used in aerospace, automobile manufacturing, biomedicine, cultural relics protection, and other fields to measure a type of surface. For example, fringe projection profilometry and phase measurement deflectometry are used to measure diffuse and specular surfaces, respectively. With the development of advanced manufacturing technology, the measurement of one type of surface cannot meet the current situation. In the existing research on diffuse and specular composite surfaces, 3D topography restoration of large gradient and discontinuous composite surfaces has been achieved. The composite surface measurement system based on fringe projection and fringe reflection can obtain absolute phase rapidly through the multi-color channel of the camera. However, the multi-color channel of the camera not only realizes the rapid measurement but also introduces the errors such as crosstalk and chromatic aberration into the system, which limits the accuracy of 3D topography restoration of composite surface objects. Crosstalk mainly comes from the process of simultaneously shooting different color stripes projected by the projector to the diffuse part of the object and displayed by the transparent display screen on the mirror part of the object. The color difference mainly comes from the different color stripes displayed by the double screen transmission of the mirror part, and there is a phase difference between the absolute phase of the two colors. Therefore, this paper studies the crosstalk elimination method based on the matrix and the color difference elimination method of absolute phase corresponding pixel deviation. Based on the crosstalk matrix, the crosstalk matrix of the projector and the transparent screen is calculated respectively according to the color light intensity relationship between the color camera, projector, and transparent screen. The stripes of different colors projected on the diffuse surface and mirror of the composite object are separated, and the absolute phase of the two parts is obtained. The absolute phase in the horizontal and vertical directions of each color channel was obtained by color orthogonal stripes, and the relationship between phase difference and pixel deviation between color channels was established to complete the pixel matching of different color channels. Finally, the pixel matching points are converted into the matrix obtained by two-dimensional interpolation to realize the pixel deviation correction of each pixel point and eliminate the influence of color difference. The experimental results show that the proposed method reduces the root mean square error of the composite step from 0.479 mm to 0.030 mm, and improves the measurement efficiency and accuracy.
光学测量 复合表面 多颜色通道 相位测量 色差与串扰 optical measurements composite surface multiple color channel phase measurement chromatic aberration and crosstalk 
光电工程
2023, 50(4): 220340
乔闹生 1,2,*尚雪 2
作者单位
摘要
1 湖南文理学院 国际学院, 湖南 常德 415000
2 湖南文理学院 数理学院, 湖南 常德 415000
为了在非线性测量系统中获得更好的相位测量结果,提出了一种在几乎消除非线性影响后使用双频光栅投影的相位测量方法。首先,讨论了相位测量系统的非线性效应,分析了频域中存在高阶频谱成份的基本原因,给出了减小非线性效应并分离基频信息的基本方法。然后,在减小系统非线性效应影响的基础上,分析了使用双频光栅投影测量被测物体条纹图像的相位基本原理。为验证所提出的相位测量方法的有效性,进行了计算机仿真和实际实验,获得了良好结果。在仿真实验中,该方法的误差值为有非线性影响方法的27.97%,为几乎没有非线性影响方法的52.51%;在实际实验中,该方法的相位恢复效果最好。表明采用本文方法所测量的相位效果好,误差较小。
相位测量 双频光栅 系统非线性效应 相移 高阶频谱 phase measurement dual-frequency grating system nonlinear effect phase-shift high-order spectra 
中国光学
2023, 16(3): 726
作者单位
摘要
1 苏州大学光电科学与工程学院&苏州纳米科技协同创新中心,江苏 苏州 215006
2 苏州大学江苏省先进光学制造技术重点实验室&教育部现代光学技术重点实验室,江苏 苏州 215006
3 北京空间机电研究所,北京 100094
相位测量偏折术(PMD)面形检测中常使用液晶显示屏(LCD)作为投影设备。由于LCD的多层透明结构会对条纹投影光路产生折射而导致投影条纹位置偏离,继而影响最终检测精度,因此需要对这种误差进行点对点的校正。本文将LCD的多层透明结构简化建模为一个整体的等效透明层,建立相应的PMD模型进行透明层的误差分析和补偿。将补偿算法应用到PMD中测量标准平面镜及球面镜,与未进行补偿的情况相比,测量面形均方根误差(RMS)均减少了20%~40%。该补偿方法能显著减小单屏PMD中由LCD透明层折射效应带来的误差,补偿后的面形RMS有显著减小,检测结果更接近于实际面形误差。
仪器,测量与计量 相位测量偏折术 三维测量 折射误差 斜率补偿 instruments, measurement, and metrology phase measuring deflection 3D measurement refraction error slope compensation 
激光与光电子学进展
2023, 60(9): 0912002
李煜 1张宗华 1,2,*高楠 1孟召宗 1[ ... ]王张颖 1
作者单位
摘要
1 河北工业大学机械工程学院,天津 300130
2 哈德斯菲尔德大学精密技术中心,英国 西约克郡 HD1 3DH
提出了一种基于远心镜头与曲面屏的非连续镜面三维形貌测量新方法,在增加大曲率镜面成像范围的同时,提高了三维数据的测量精度。首先,在显示屏上显示标准正弦条纹图,相机分别记录经由平面参考镜和被测镜面反射的正弦条纹图像。然后,利用四步相移法和最佳三条纹选择法得到对应的相位分布值。接着,与平面参考镜比较,得到经由被测镜面物体表面调制后的相位变化。根据所建立的数学模型,推导相位与深度间对应关系,并对其系统参数进行标定。最后,对大曲率镜面和非连续镜面标准台阶进行了测量,验证了该方法的精度和有效性。
测量 远心镜头 曲面屏 相位测量偏折术 光学面形测量 measurement telecentric lens curved screen phase measuring deflectometry optical surface measurement 
激光与光电子学进展
2023, 60(7): 0724001
作者单位
摘要
中国航天科技集团有限公司第五研究院西安分院空间通信与导航技术研究所,陕西 西安 710100
基于双星编队的激光干涉测距载荷能够在轨验证基于三星编队的空间引力波探测任务的多项关键技术。在空间引力波探测任务中,为实现皮米级的星间位移测量精度,要求在mHz频段实现优于10-6 cycle/Hz1/2的光载波相位测量精度。限制测相精度的瓶颈因素在于相位计中模数转换器的采样抖动。利用导频和时钟边带调制技术可在数据后处理中抑制采样抖动噪声。将面向三星编队时间延迟干涉组合的时钟边带调制技术推广到更普遍的基于双星编队的双向光载波相位测量系统中,并考虑到星间多普勒频移,给出了抑制光载波相位测量过程中采样抖动噪声的系统性方案。该方案能够应用在下一代地球重力场探测任务中,以在轨验证面向空间引力波探测的相位计技术,同时有望应用于高精度星间激光时频传递项目,支撑未来全球卫星导航系统。
测量 相位测量 干涉度量法 光载波 拍频 边带调制 measurement phase measurement interferometry optical carrier beat frequency side-band modulation 
激光与光电子学进展
2023, 60(7): 0712006
作者单位
摘要
四川大学电子信息学院,四川 成都 610065
为了解决相位测量偏折术测量小曲率半径凸球面时相机所采集到的条纹图案边缘模糊、对比度低的问题,提出了基于逆光线追迹的预畸变条纹偏折术。该方法通过预设待测球面元件的曲率半径建立逆光线追迹模型来获得预畸变条纹图案。利用N步相移算法和迭代优化算法获得待测元件坐标和高度,再结合微分几何方法计算待测元件各点的平均曲率半径。在数值模拟中对曲率半径为8 mm的球面的测量精度约为11 μm。最后,在实验中对曲率半径均值为8.26 mm凸球面上的各点进行测量得到的平均曲率半径为8.28 mm,测量区域的直径由原来的4 mm增加到5 mm。结果表明,相比于传统偏折术,本文方法不仅解决了偏折术测量曲率半径较小凸球面时条纹图案边缘模糊、对比度低的问题,还提高了测量精度、增大了有效测量面积。
测量 相位测量偏折术 凸球面 小曲率半径 预畸变条纹 微分几何 measurement phase measuring deflectometry convex spherical small radius of curvature pre-distortion fringe differential geometry 
激光与光电子学进展
2023, 60(7): 0712001
作者单位
摘要
北京理工大学光电学院光电成像技术与系统教育部重点实验室,北京 100081
Mueller矩阵因可以定量地提供组织样品的完整偏振信息,已被广泛地应用于癌症的病理诊断中。现有的Mueller成像偏振检测仪器丢失了样品的绝对相位信息,而相对的相位信息不能反映待测相位的变化规律,故需要开发嵌入式偏振光波前绝对相位检测仪器。搭建了一款嵌入式相位传感的Stokes-Mueller偏振仪,将研发的四波横向剪切干涉仪集成在偏振仪中,不仅实现了生物样品偏振信息的提取,还实现了样品相位信息和折射率的实时测量。以肺癌组织切片为研究对象,通过对退偏参数和折射率值的比较准确地实现了对正常区域和癌变区域的识别。所提技术丰富了偏振仪的测量功能,通过测量绝对相位实现了样品折射率的测量,进而能够为癌症诊断领域提供一种更全面的辅助手段。
测量 偏振 Mueller矩阵 相位测量 折射率 定量 measurement polarization Mueller matrix phase measurement refractive index quantitative 
光学学报
2023, 43(2): 0212003

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