1 湖北工业大学机械工程学院现代制造质量工程湖北省重点实验室, 湖北 武汉 430068
2 湖北理工学院智能输送技术与装备湖北省重点实验室, 湖北 黄石 435000
艾里光束具有无衍射、自加速和自愈合三大特性, 其中自加速特性最吸引人。为更全面了解艾里光束的自加速特性, 在保证其轨迹完整的前提下, 基于几何变换改变相位图中立方相位的相对位置和旋转角度来探究艾里光束的加速特性, 利用傅里叶光学推导出对应的光谱公式进行验证。结果表明, 相位图几何变换调制可以显著改变艾里光束的传播轨迹位置和空间偏转位置。研究对艾里光束的自加速特性领域及应用提供了更全面的认识, 对控制其他加速光束的理解提供了新的思路。
艾里光束 空间光调制器 能量分布 相位图 几何变换 Airy beam spatial light modulator energy distribution phase diagram geometric transformation
1 南京航空航天大学机电学院，江苏 南京 211106
2 中航西安飞机工业集团股份有限公司，陕西 西安 710089
剪切散斑干涉技术作为一种非接触式的高精度光学全场测量方法，可以对复合材料内部缺陷进行无损检测，但所得的相位条纹图中包含大量散斑噪声，会对检测结果和精度产生严重影响。为此，提出了一种基于无监督图像风格转换模型（CycleGAN）的相位条纹图滤波方法。该方法将剪切散斑干涉技术获取的原始噪声相位条纹图通过网络训练转换为理想无噪声条纹图，从而实现对相位条纹图中噪声的滤除。实验结果表明，所提方法能够实现对噪声的高效滤除，滤波图像边界清晰、对比显著，且运行时间明显优于其他方法，仅需30 ms左右便能实现条纹图的高质量滤波，符合动态无损检测的发展需求，为相位条纹图的噪声滤除提供了新的思路。
剪切散斑干涉技术 相位图 深度学习 噪声 图像处理 无损检测 激光与光电子学进展
2022, 59(22): 2210009
1 贵州电网有限责任公司电力科学研究院, 贵州贵阳 550002
2 贵州电网有限责任公司, 贵州贵阳 550001
3 海南电网有限责任公司电力科学研究院, 海南海口 570100
4 贵州电网有限责任公司贵阳供电局, 贵州贵阳 550002
输变电设施的金属构件容易受温度、湿气等气候因素影响而发生侵蚀, 因此通常需要在其表面喷涂耐候保护涂层。为了确保涂层厚度符合要求, 需要对其进行检测。针对现有检测方法的不足, 本文采用锁相红外无损检测技术对耐候涂层厚度进行检测与评估。首先采用制作的标准涂层试件对该方法测厚的原理与重复性进行验证, 验证了该技术对涂层厚度的评估的可靠性与稳定性; 其后采用厚度均匀过渡的耐候涂层试片进行测试, 采用试片上定标点的相位值拟合出定标曲线, 并利用该曲线测量出试片上验证点的厚度信息。实验结果表明, 测量厚度与真实厚度误差在± 5%以内, 采用相位图像可以对耐候涂层厚度与均匀度进行有效测量与评估。
锁相红外 涂层厚度 耐候涂层 相位图 lock-in thermography, coating thickness, weather r
1 西安理工大学 自动化学院，陕西 西安 710048
2 安康学院 电子与信息工程学院，陕西 安康 725000
3 陕西省复杂系统控制与智能信息处理重点实验室，陕西 西安 710048
基于正弦光栅条纹投影的三维测量技术是当前研究的热点问题。然而，受噪声的影响，采集到的光栅条纹图像质量降低，导致提取的相位发生扰动，而相位的提取结果直接决定着测量结果的准确性。实际测量中噪声未知，针对这一问题，本文提出了一种盲去噪方法。首先，根据残差模型，完成光栅条纹图像的真值图像与噪声图像的分离，然后，引入主成分分析技术估计出噪声图像的方差值。最后，根据噪声方差的估计值，利用基于相图的高斯滤波方法，将针对多帧光栅图像的噪声滤波转换到提取的相位图上完成。由实验结果可知，和对比方法相比，本文方法的均方根相位误差最高下降了88.5%，所提方法处理后的相位更加接近测量体的真值相位。本文方法可在最短的执行时间内实现对噪声导致的相位扰动进行抑制。所提方法能够快速处理光栅图像噪声引起的相位误差，在光栅投影测量中具有较强的实用性。
光栅图像 盲去噪 主成分分析 相位图滤波 grating image blind denoising PCA phase map filtering
1 中北大学电子测试技术重点实验室, 山西 太原 030051
2 中北大学信息与通信工程学院, 山西 太原 030051
为解决相位图在去噪过程中出现的散斑噪声残留和边缘纹理模糊问题,基于正余弦分解提出了一种自适应全变分去噪方法。首先,用正余弦函数将原始相位图分解成两幅相位图;然后用自适应全变分算法处理分解后的相位图;最后,通过反正切运算合成去噪后的相位图,以快速去除大量散斑噪声并保留图像的边缘信息。对去噪结果进行定量评价和分析表明,与其他降噪方法相比,本方法得到的图像峰值信噪比提高了2.0 dB,且结构相似度较高。同时可以自适应地选择参数,减少去噪后相位图的波动性,改善相位图的质量。
测量与计量 散斑干涉技术 相位图 散斑噪声 正余弦分解 自适应全变分算法 中国激光
2020, 47(10): 1004004
1 上海大学 机电工程与自动化学院, 上海 200072
2 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所 江苏省医学光学重点实验室, 江苏 苏州215163
为了提高液晶空间光调制器(LC-SLM)的校准精度, 采用条形光栅相位图对LC-SLM进行了标定。首先基于傅里叶光学模拟计算得出了条形光栅相位图对比度与零级衍射光斑光强之间的对应关系, 然后搭建实验光路并在LC-SLM上加载了条形光栅相位图, 测量LC-SLM控制程序中加载的灰度图所对应的零级衍射光斑光强值, 经过分析计算得出计算机灰度信号与相位调制量之间的映射关系, 并最终得到了针对488 nm激光的LC-SLM的标定文件LUT。经过标定之后, 相位调制曲线的线性相关度可达0.996 4,校正误差仅为0.224 0 rad。结果表明, 在LC-SLM上加载复杂的高阶相位, 并结合LUT文件可以调制生成高质量的双螺旋光斑。此研究结果表明: 针对特定波长, 利用条形光栅相位图标定的LC-SLM得到的LUT文件可以使LC-SLM根据加载的相位对光束进行有效调制, 且其方法更简单。
傅里叶光学 液晶空间光调制器 校准精度 条形光栅相位图 Fourier optics liquid crystal spatial light modulator calibration accuracy strip grating phase image 红外与激光工程
2019, 48(7): 0706005
1 天津大学 精密测试技术与仪器国家重点实验室,天津 300072
2 北京信息科技大学 仪器科学与光电工程学院,北京 100101
3 奥克兰大学 机械工程系, 美国密歇根州罗彻斯特 48309
针对数字散斑干涉(Digital Speckle Pattern Interferometry, DSPI)测量中散斑噪声干扰会导致相位提取困难、测量灵敏度降低的问题, 提出基于能量的DSPI相位图正余弦滤波法, 克服传统滤波方法不具有自适应性的不足, 提高了相位图质量。该方法根据正交小波包能量估算DSPI相位图中的噪声能量; 对相位图分别进行正余弦变换, 采用均值法平滑处理; 利用噪声能量设定滤波阈值, 实现相位图有效滤波, 文中将噪声能量与正余弦滤波结合可以自适应地进行降噪处理, 利用能量控制图像滤波效果。仿真和实验结果表明, 基于能量的正余弦滤波法较传统方法可以减少50%的循环次数。证明了本文提出的方法能够有效地对数字散斑干涉相位图进行滤波, 提高信噪比。
数字散斑干涉技术 相位图 正余弦滤波 噪声能量 Digital Speckle Pattern Interferometry(DSPI) phase map sine-cosine filtering noise energy
为了解决传统三维重建需要依赖系统标定信息的问题, 提出了一种基于相位图的不需要系统标定信息的三维视觉重建算法。首先使用结构光测量技术获得被测物体表面的相位图, 再利用相位图的横向和纵向空间扭曲特性计算物体表面相对深度信息, 最后实现被测物体的三维视觉重建。这种方法可以用在无法进行标定或无法获取标定信息的场合。实验结果表明, 当被测物体表面结构简单时, 这种方法的三维视觉重建效果较好。并通过对比传统三维重建结果验证了该方法的有效性。
三维重建 相位图 标定信息 结构光 3-D reconstruction phase map calibration information structured light 强激光与粒子束
2016, 28(9): 091004
为了解决二维人脸识别受环境光干扰，三维人脸识别依赖标定数据的问题，提出了一种基于相位测量轮廓术的人脸识别方法。首先使用相位测量轮廓术获得人脸的相位和反射率数据，相位图中暗含了人脸区域的三维信息，反射率图也排除了环境光的干扰，它们经过规范化后均可以直接使用传统二维识别方法进行人脸识别。在实验中，使用了主成分分析法和最近邻分类器进行人脸识别。实验结果表明，这种方法对人脸识别是有效的，对比二维灰度图和三维深度图有更好的识别效果。
人脸识别 相位图 反射率图 环境光 标定数据 face recognition phase image reflectivity image ambient light calibration data
