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混沌激光对激光显示中的散斑抑制研究

激光与光电子学进展 2022年第7期59卷 165-173页

作者：贺培鑫赵彤沈振民太原理工大学新型传感器与智能控制教育部重点实验室山西太原030024 太原理工大学物理与光电工程学院山西太原030024 北京空间机电研究所北京100094 中国空间技术研究院空间激光信息感知技术核心专业实验室北京100094

利用混沌激光的低相干性实现了对激光散斑的有效抑制。其中,使用了激光显示中常用的激光二极管,通过光反馈扰动激光器和电混沌信号调制激光器产生了混沌激光,分别研究了光反馈系统中偏置电流、反馈强度和调制系统中偏置电流、调制幅度... 详细信息

利用混沌激光的低相干性实现了对激光散斑的有效抑制。其中,使用了激光显示中常用的激光二极管,通过光反馈扰动激光器和电混沌信号调制激光器产生了混沌激光,分别研究了光反馈系统中偏置电流、反馈强度和调制系统中偏置电流、调制幅度对散斑抑制的影响,并对两个系统的散斑抑制效果进行了对比研究。实验结果表明,通过两种方式产生的混沌激光有效地抑制了散斑噪声,其散斑对比度均可降低0.9以上,使用混沌激光可使光谱最大可展宽至4.6 nm,其相干长度从441μm降低至87μm。

关键词：激光器散斑抑制混沌激光光反馈混沌信号调制

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基于散斑抑制方法的半导体激光显示系统实现

激光与红外 2023年第6期53卷 838-845页

作者：郭宇杰李克强张嵩权志豪钟建电子科技大学四川成都610054

在显示技术不断发展的今天,随着对于激光技术的深入研究,激光显示的优势逐渐得到体现。激光作为光源具有很好的单色性极很窄的光谱线宽,这些特点使得激光成像的颜色饱和度高,显示的颜色数多,比传统光源有着更宽的色域,并且在画面亮度的... 详细信息

在显示技术不断发展的今天,随着对于激光技术的深入研究,激光显示的优势逐渐得到体现。激光作为光源具有很好的单色性极很窄的光谱线宽,这些特点使得激光成像的颜色饱和度高,显示的颜色数多,比传统光源有着更宽的色域,并且在画面亮度的方面也更有优势。然而由于激光光束高度相干性而产生的激光散斑,会降低图像的质量。因此,对于激光散斑和散斑抑制的研究工作是激光显示领域研究的一个重点。文中我们设计了一种激光投影照明系统,该系统使用的光学元件结构简单,占用空间小,可以很好地运用于投影仪的设计和使用中并保持良好的光效。系统中针对激光散斑的成因设计了一种复合型的散斑抑制方案,这种消散斑方法可以将白场的散斑对比度从0132降低至人眼识别极限以下的0042。

关键词：激光显示散斑抑制激光投影照明

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旋转双散射片散斑抑制方法

光学学报 2023年第4期43卷 96-103页

作者：刘芸刘雨萌卜佩华焦明星邢俊红翁浚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... 详细信息

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。

关键词：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

基于多尺度编解码器网络的SAR图像散斑抑制算法研究

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基于多尺度编解码器网络的SAR图像散斑抑制算法研究

作者：张璐瑶河北大学

学位级别：硕士

合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)作为微波遥感的主要代表之一,是搭载在卫星或航天器上的主动相干成像系统,通过处理地面目标的雷达回波生成高分辨率图像。SAR可全天候、全天时观察的特性使其广泛应用于城市规划、自然灾害... 详细信息

合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)作为微波遥感的主要代表之一,是搭载在卫星或航天器上的主动相干成像系统,通过处理地面目标的雷达回波生成高分辨率图像。SAR可全天候、全天时观察的特性使其广泛应用于城市规划、自然灾害评估、测绘和军事等领域。SAR特殊的相干成像机制使SAR图像上产生了剧烈且随机起伏的散斑噪声。散斑噪声的存在不仅导致了SAR图像的退化,还严重地影响了SAR图像目标检测与定位等后续处理。因此,对SAR图像的散斑噪声抑制具有重要的实际意义。基于传统模型的SAR图像散斑抑制算法在平滑噪声的同时往往会模糊图像边缘,并且需要人为设置超参数,以及复杂优化导致其运算时间较长,从而限制了其在真实SAR场景下的应用。而基于深度学习的SAR图像散斑抑制算法是可以从大量数据中自动提取图像特征的端对端模型,在网络前向传播过程中通过GPU进行大规模加速,因此散斑抑制性能和计算效率有了很大提升。另外随着Transformer理论的不断发展及在图像去噪领域的成功应用,利用Transformer中强大的自注意力机制对输入的SAR图像数据建模并抑制散斑成为了可能。因此,受现有深度学习网络模型及Transformer模块的启发,本文针对目前SAR图像散斑抑制任务所存在的问题进行了研究。本文的具体研究内容如下:(1)基于多尺度特征自适应增强网络的SAR图像散斑抑制算法本文提出一种用于抑制散斑噪声的多尺度特征自适应增强网络(Multi-scale Feature Adaptive Enhance Network,MFAENet)。MFAENet由编码模块、多尺度特征自适应增强(Multi-scale Feature Adaptive Enhance,MFAE)模块和解码模块组成,可以充分地提取散斑图像中的多尺度信息,并灵活地适应图像细节结构特征的变化,从而有效地平衡散斑抑制和纹理保持之间的关系。此外,本文所构造的特征自适应融合模块(Feature Adaptive Mixup,FAM)通过可学习的权重自适应地融合浅层图像纹理特征和深层图像语义特征,不仅增强了网络对SAR图像不同尺度特征的提取能力,还达到了强化关键特征的目的。在模拟数据集和真实数据集上,该方法在客观评价指标以及视觉效果方面都取得了较大的提升。(2)基于Transformer-Conv的多尺度混合网络的SAR图像散斑抑制算法针对SAR图像散斑抑制的任务,本文提出了一种基于Transformer-Conv的多尺度混合网络(Multi-scale Hybrid Transformer-Conv Network,MHTCNet)。MHTCNet结合了卷积神经网络的局部建模能力和现有Transformer模块强大的长程建模能力。具体来说,MHTCNet一方面利用分组多尺度自注意力模块构造多尺度特征提取子网络,充分地提取了图像中的多尺度信息和全局上下文交互信息;另一方面,在输入图像原始分辨率的水平下构建混合特征融合子网络,实现了不同尺度特征的融合,在完成散斑抑制的同时保留良好的源图像纹理细节信息。本文对模拟SAR图像和真实SAR图像进行了测试分析,MHTCNet取得了较好的客观指标和良好的视觉效果。

关键词： SAR图像处理散斑抑制多尺度特征卷积神经网络 Transformer

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全息再现像散斑噪声抑制方法研究

全息再现像散斑噪声抑制方法研究

作者：卜佩华西安理工大学

学位级别：硕士

数字全息显微术是将数字全息技术与光学显微技术结合而成的一种新型显微技术,具有非接触、无侵入、快速、三维成像等优势,在生物医学成像、微粒子追踪、微电子系统检测等领域具有广阔的应用前景。但在数字全息显微成像技术发展中,由于... 详细信息

数字全息显微术是将数字全息技术与光学显微技术结合而成的一种新型显微技术,具有非接触、无侵入、快速、三维成像等优势,在生物医学成像、微粒子追踪、微电子系统检测等领域具有广阔的应用前景。但在数字全息显微成像技术发展中,由于其光源的高相干性会引起散斑噪声问题,从而对物体的成像质量产生干扰,影响了三维测量结果的准确性。因而,本文围绕抑制全息再现像散斑噪声、提高物体成像质量问题开展相关理论与实验研究,提出了一种粗细结合的自聚焦方法以获得最佳的聚焦像,设计了一种电动旋转双散射片的动态照明散斑抑制方法,实现了对散斑噪声的抑制,提高了成像的质量。本文主要内容如下:(1)再现距离的确定是数值再现中的关键的一步,也是获得聚焦再现像的前提。针对相位型物体,根据聚焦函数评价准则,本文提出了一种在粗聚焦中使用Tamura函数法与细聚焦中使用光谱分析法的粗细相结合的自聚焦方法,利用微孔阵列实验验证了该方法的可行性,获得了最佳再现距离,提高了聚焦精度。(2)激光光源的高相干性,使得物体成像时会受到散斑噪声的干扰,降低物体再现像的成像质量。针对此问题,本文设计了一种基于旋转双散射片的散斑噪声抑制方法。理论分析了旋转双散射片抑制散斑噪声的原理,分别对时间相关函数和空间相关函数进行仿真分析,得出当参数v小于等于0.01时,散斑场服从高斯分布,具有很好的去相关速率和较低的时空相关性。与单散射片、一动一静双散射片进行仿真对比分析,比较了非相关周期和去相关速率,发现旋转双散射片的散斑抑制效果要好于其它两种方法。同时,对双散射片之间的距离、散斑目数、转向以及散射片转速进行了仿真,为后续的实验奠定基础。(3)设计并搭建了旋转散射片散斑抑制实验系统,对横向分辨率、视场参数进行分析,利用标准分辨率板对实验系统进行了标定。分别开展了手动、电动旋转散射片散斑抑制实验研究。手动旋转散射片实验中,分别对600目和1500目散射片开展了手动旋转单散射片、一动一静双散射片散斑抑制实验研究,通过振幅再现像的标准差对实验结果进行分析,目数越多的1500目一动一静双散射片抑制散斑噪声更好。电动旋转散射片实验中,以1500目为对象,分别开展了单散射片、双散射片散斑抑制实验研究,同时还对比分析了散射片在不同转速以及不同转向情况下的散斑抑制效果,随着散射片转速旋向相反的双散射片抑制散斑效果更好。电动旋转双散射片抑制散斑的方法只需一幅全息图即可实现散斑抑制,适用于动态样本的测量场合。

关键词：数字全息显微技术图像质量提高散斑抑制散射片数字自动聚焦

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激光雷达主动偏振图像散斑抑制算法

红外与激光工程 2014年第4期43卷 1130-1134页

作者：闻东海江月松华厚强余荣张彦仲北京航空航天大学电子信息工程学院北京100191

针对激光主动偏振图像的散斑去除问题,提出了一种基于异向扩散的冲击各向异性滤波模型。该模型融合了冲击滤波器和小核值相似区算法,利用小核值相似区算法提取偏振图像边缘,减少了噪声对边缘检测的影响;针对不同的图像区域,自动调整冲... 详细信息

针对激光主动偏振图像的散斑去除问题,提出了一种基于异向扩散的冲击各向异性滤波模型。该模型融合了冲击滤波器和小核值相似区算法,利用小核值相似区算法提取偏振图像边缘,减少了噪声对边缘检测的影响;针对不同的图像区域,自动调整冲击滤波器的系数,使得该算法既能保持图像边缘,又可以很好地抑制图像的散斑。使用八方向一阶差分估计小核值相似区算法的门限,门限估计更加准确;迭代终止条件采用完全散射区域的平均绝对误差作为标准,使得迭代次数更加合理。通过对比等效视数和边缘保持指数可见,冲击各向异性滤波算法的散斑抑制能力和边缘保持能力与传统的Lee和SRAD模型相比更加有效。

关键词：主动偏振成像冲击各向异性去噪冲击滤波散斑抑制

激光投影成像中影响激光散斑抑制的参数分析及实验研究

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激光与光电子学进展 2022年第13期59卷 107-112页

作者：黄艳漳州职业技术学院电子工程学院福建漳州363000

激光散斑是阻碍激光投影显示技术发展的一大瓶颈。基于复合散斑衬比度分析法,对影响激光投影系统中复合散斑衬比度的参数进行了分析,即统计独立散斑图样个数N和探测器成像镜头在投影屏幕上的分辨基元面积内的散射光波的相干面元的数量M... 详细信息

激光散斑是阻碍激光投影显示技术发展的一大瓶颈。基于复合散斑衬比度分析法,对影响激光投影系统中复合散斑衬比度的参数进行了分析,即统计独立散斑图样个数N和探测器成像镜头在投影屏幕上的分辨基元面积内的散射光波的相干面元的数量M。可通过调节投影镜头和成像镜头的数值孔径、投影距离及观测距离等参数改变N和M,从而达到改善激光投影系统中散斑现象的目的。并在简化的投影系统中,就随机相位片上照射光斑面积、照明系统数值孔径对激光投影成像中散斑衬比度的影响进行了系统实验分析。实验结果表明,在投影镜头尺寸一定的基础上,适当增加照射在随机相位片上光斑的面积,可有效降低散射屏幕上二次散斑图样的衬比度,且投影镜头数值孔径的减小会增加散斑现象,这为激光投影系统的小型化提出了一大挑战。该结论可为以旋转随机相位片抑制激光投影成像中的散斑提供系统设计指导。

关键词：相干光学与统计光学激光散斑散斑抑制复合散斑随机相位片散斑衬比度

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激光光谱展宽散斑抑制效果分析

光电工程 2016年第12期43卷 206-211页

作者：赵倩楠张瑞峰李锵天津大学电子信息工程学院天津300072

针对激光显示技术中的散斑干扰,提出了一种利用外腔半导体激光器来展宽光谱的散斑抑制方法。利用外腔半导体激光器中光反馈引起的自混合干涉效应,适当调节反馈强度使激光器进入相干坍塌态,以获得具有宽带发射特性的激光。然后将该宽带... 详细信息

针对激光显示技术中的散斑干扰,提出了一种利用外腔半导体激光器来展宽光谱的散斑抑制方法。利用外腔半导体激光器中光反馈引起的自混合干涉效应,适当调节反馈强度使激光器进入相干坍塌态,以获得具有宽带发射特性的激光。然后将该宽带激光光源用于散斑测量系统,由于光谱展宽降低了激光的时间相干性,从而散斑现象能够得到有效抑制。实验结果表明,在自由空间反射光路中,当激光器处于相干坍塌态时,光谱展宽至6 nm且为多纵模振荡,散斑对比度降低至0.049。

关键词：激光显示散斑抑制自混合干涉效应相干坍塌

基于旋转散射片实现激光散斑抑制的理论分析和实验研究

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曲阜师范大学学报（自然科学版） 2023年第3期49卷 54-58页

作者：黄艳漳州职业技术学院电子信息学院福建省漳州市363000

基于光学信息理论分析法,对激光投影显示成像系统中投影光学系统数值孔径尺寸和随机位相片照明光斑大小对散斑衬比度的影响进行了系统分析.分析表明,当投影系统数值孔径较小时,散斑衬比度影响因素主要由投影光学系统自由度数NDOF决定,... 详细信息

基于光学信息理论分析法,对激光投影显示成像系统中投影光学系统数值孔径尺寸和随机位相片照明光斑大小对散斑衬比度的影响进行了系统分析.分析表明,当投影系统数值孔径较小时,散斑衬比度影响因素主要由投影光学系统自由度数NDOF决定,即此时投影系统数值孔径大小的改变对散斑场衬比度的影响较大;当随机位相片在入射光束光斑直径较小时,散斑衬比度取决于物面光自由度K,此时增大投影系统数值孔径对散斑场衬比度的影响不大.在简化投影系统中,通过系统实验分析了投影镜头孔径大小和位相片上照射光斑大小对散斑抑制的影响.实验结果表明,当投影镜头孔径大小一定时,随着位相片上照射光斑直径的增加,散斑场的衬比度下降率逐渐下降;当位相片入射光斑大小一定时,随着投影系统数值孔径增加散斑衬比度下降率越来越小.实验结果证明了理论分析,位相片出射物面光自由度需要和投影镜头自由度相匹配.该结论可为设计以旋转随机位相片降低激光散斑的投影显示系统提供参考.

关键词：激光光学散斑抑制信息光学理论自由度激光投影散斑衬比度