1 西安工业大学 光电工程学院, 陕西西安70032
2 西安交通大学 机械制造系统工程国家重点实验室, 陕西西安710049
为满足点衍射干涉测量对解包算法高精度、高效以及抗干扰的检测需求。提出一种基于空洞空间卷积的相移点衍射干涉图像的相位解包方法,通过将自编码器结构和空洞空间卷积结合获得更高的相位解包精度,实现对包裹相位图像可控的多尺度特征提取。根据点衍射图像特点制作的大量多样化数据集对其进行训练和优化,从而实现准确识别包裹相位所在阶次,最终可以快速处理包裹图像得到高精度的解包结果。利用所提方法对实际点衍射干涉图像进行处理,并与ESDI专业干涉图像处理软件以及其他解包算法处理结果进行比对,结果表明:本文解包结果与软件枝切法解包处理结果均方根误差值为0.022 2 rad,面形拟合结果与软件面形拟合结果峰谷差值仅为0.012 1λ、均方根差值仅为0.004 2λ;时间效率上,完成一幅图像的处理平均仅需0.035 s,而传统方法均大于1 s。与其他方法相比,所提方法在处理包裹相位方面具有快速、高精度的特性,为点衍射干涉图像处理的高精度相位解包提供了新的可行方案。
干涉测量 面形检测 干涉成像 神经网络 相位解包 interferometry surface measurement interference fringe neural networks phase unwrapping
江苏大学物理与电子工程学院,江苏 镇江 212013
细胞内液‐液相分离现象与细胞内的多种生物过程有关,分析研究相分离的现象及机理可为调控细胞生理过程和药物研发提供参考和策略。相位成像技术因在无色透明物体的非接触、免标记定量化观测方面具有巨大优势而被用于液‐液相分离的研究中;但是,在该技术中,样本厚度与其折射率耦合一起,形态分布需经相应算法反演获得,其分析效率较大程度上取决于数据采集量、计算处理时间和精度等。为满足生命科学研究领域对实时获取相分离凝聚物形态信息的需求,本文提出了一种仅需两幅相位图的三维形态快速反演方法,相应设计了一种由单个图像传感器实现双路光信息采集的干涉相位成像系统。提出的形态重构算法对数据采集要求宽泛,通过布置控制点,运用数学变换解算其沿两个非正交方向投影的平面像素坐标与其三维空间坐标的映射关系,由此计算反演得到像素点对应的三维坐标从而实现凝聚物形态的分离重建。
生物光学 干涉成像 液‐液相分离 边缘提取 投影映射 三维空间坐标
红外与激光工程
2023, 52(2): 20220308
1 中国科学院国家空间科学中心复杂航天系统电子信息技术重点实验室,北京 100190
2 中国科学院大学,北京 100049
3 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
以干涉高光谱成像模型为基础,提出一种结合先验约束的空谱信息同步复原模型,通过非负低秩特性和全变分(TV)正则项分别约束复原高光谱图像的谱间强相关性和空间分段平滑特性,并采用L1范数和Frobenius范数分别对干涉数据中的稀疏性噪声和高斯噪声进行建模。模拟和真实干涉数据的对比实验验证了所提方法的有效性。相比于传统的干涉数据复原方法,所提方法在准确复原目标光谱信息的同时,能够有效地消除干涉图混合噪声的退化影响,从而提高复原高光谱图像的数据质量。
光谱学 干涉成像光谱仪 光谱复原 低秩 全变分 正则化 光学学报
2022, 42(24): 2430001
1 中国科学院国家空间科学中心复杂航天系统电子信息技术重点实验室,北京 100190
2 中国科学院大学,北京 100049
3 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
提出一种基于低秩约束惩罚最小二乘(LRPLS)的基线校正方法。利用惩罚最小二乘模型综合考虑拟合基线对干涉图的保真度和平滑度的影响,同时引入有效干涉图和噪声的低秩-稀疏先验约束条件,从而构建联合低秩矩阵恢复和惩罚最小二乘的正则化框架,并采用基于增广拉格朗日乘子的迭代优化算法进行求解。在“嫦娥一号”卫星干涉成像光谱仪(IIM)数据上的实验表明,所提方法在去除基线的同时,能够保留干涉图的有效信息。相比于现有的基线校正方法,所提方法具有更好的稳定性和抗噪能力;校正后复原高光谱影像得到显著提升,对于改善干涉成像光谱仪数据质量具有较高的实际应用价值。
光谱学 干涉成像光谱仪 基线校正 光谱复原 惩罚最小二乘 低秩矩阵恢复 光学学报
2022, 42(14): 1430001
浙江大学现代光学仪器国家重点实验室,浙江 杭州 310027
光子集成干涉成像是一种基于光子集成芯片获取目标傅里叶频谱信息的新兴成像技术。目前,能量损耗与噪声干扰是制约该技术发展的关键因素。为分析它们对光子集成干涉成像系统的影响,研究了基线长度与干涉信号能量的关系和噪声对成像质量的影响。研究结果表明输出信号的能量处于纳瓦量级。干涉信号的振幅与对比度会随着基线长度的增加而迅速减小。长基线下的干涉信号振幅极小,在探测器精度不够的情况下,干涉信号的对比度将无法获取。综合来看,光子集成干涉成像系统适合采集目标的低频信息,并且当将噪声控制在干涉信号强度的10-3、相位误差控制在1/40时才不会对成像结果产生较大的影响。
成像系统 干涉成像 光子集成 信号能量 对比度噪声 相位误差 光学学报
2022, 42(13): 1311001
西安理工大学 理学院 应用物理系,西安 710048
分别利用He-Ne激光632.8 nm、O2(0-1)867.7 nm和O (1S)557.7 nm谱线作为光源,研究了地基气辉成像干涉仪的光学传递函数,给出了优化设计、理论计算和实际拍摄图片的MTF值。优化设计MTF的所有值均在0.3以上,部分视场MTF高于0.6;对557.7 nm和867.7 nm波长的气辉,理论计算的MTF分别为0.508和0.510;由室内外实验拍摄获取的GBAII成像干涉图得出的MTF值分别大于0.84、0.58、0.24,与国际著名的星载风成像干涉仪WINDII的0.35 MTF值相当。
地基气辉成像干涉仪 光学传递函数 干涉成像 气辉 光学仪器 Ground-based airglow imager interferometer Modulation transfer function Interferometric imaging Airglow Optical instrument
丁毅 1,2,3罗海燕 1,2,3,*李志伟 1,3施海亮 1,2,3[ ... ]熊伟 1,2,3
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
3 中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
时空联合调制型空间外差干涉成像光谱仪(TS-SHIS)在对目标推扫成像过程中,指向镜推扫误差、指向镜定位误差或卫星运动平台振动等会引起目标对应像点(x',y')偏离理想位置(x,y),导致其与相邻的若干空间分辨单元之间存在光谱掺杂现象,进而影响干涉数据重构及复原光谱精度。基于TS-SHIS机理,针对运动误差引起的目标光谱线性混叠、不同程度的地表反射率差异对复原光谱精度的影响等问题进行了分析;建立了以相邻目标掺杂比、地表反射率差异为变量的混合目标干涉函数关系。依据MODIS卫星载荷观测数据,对中国地区不同空间分辨率地表反射率差异进行了分析;以相对光谱二次误差为评价函数,讨论了典型高轨平台姿态参数对不同空间分辨率目标复原光谱精度的影响,该研究为下一代高轨、高时空分辨温室气体探测技术提供技术基础。
测量 时空联合调制 空间外差干涉成像光谱仪 运动误差 地表反射率差异 相对光谱二次误差
强激光与粒子束
2022, 34(1): 011010