《基於剪下干涉原理的相位解包裹算法研究》是依託昆明理工大學，由錢曉凡擔任項目負責人的地區科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於剪下干涉原理的相位解包裹算法研究
- 項目類別：地區科學基金項目
- 項目負責人：錢曉凡
- 依託單位：昆明理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
數字全息的再現光場相位一般具有較高的空間變化頻率，而目前光電轉換器件的空間頻寬積還很有限，容易導致兩個有普遍性的難題：1.各種相位解包裹算法精度降低、抗噪聲能力減弱，甚至難以完成運算；2.影響各種去噪聲算法的效果，甚至去噪後部分高頻信息丟失、條紋斷裂。兩個難題制約了利用數字全息獲得相位信息的能力，從而嚴重限制了數字全息的套用。本項目在不改變目前數字全息實驗方法和條件的前提下，研究降低再現光場相位空間變化率的方法，繼而提高利用數字全息獲得相位信息的能力。研究通過將剪下干涉原理引入到數字全息中，建立一個新的剪下干涉光場，使其相位的空間變化率遠低於原再現光場，達到大大降低相位解包裹和去噪難度的目的。在此基礎上建立新的相位解包裹算法和去噪算法，較現有算法具能有更高的精度和更強的抗噪能力，並能推廣到需要完成相位解包裹運算的其它測量領域，如雲紋檢測、電子散斑和合成孔徑雷達等，從而獲得廣闊的套用前景。
結題摘要
光學干涉計量利用光場的相位完成檢測，數字全息術可以數位化地記錄和再現光場的相位，因而具有獨到的優勢並得廣泛的套用。為了得到光場的相位必須完成相位解包裹運算，所以相位解包裹運算成為數字全息套用中的關鍵。由於目前數字全息中所用光電轉換器件的空間頻寬積遠小於傳統記錄介質，導致在數字全息再現光場的相位解包裹運算中遇到兩個突出困難：（1）數字全息再現光場相位的空間頻率一般較高，常常出現包裹相位條紋斷裂、欠採樣，給目前的各種相位解包裹算法帶來困難；（2）完成相位解包裹前一般都需要做降噪處理，但再現光場相位過高的空間頻率給降噪帶來困難。本項目從理論上分析了僅僅將剪下干涉原理套用到數字全息中，就能有效解決上述兩個困難的可能性（不藉助實驗硬體和方法的改變），並研究和給出了具體實現方法，得到了一些有益的結果：（1）項目利用數字全息重構的數位化光場，通過橫向剪下新建一個剪下干涉光場，該光場相位的空間頻率遠低於原再現光場，再用最小二乘算法重構原再現光場的相位——稱為橫向剪下最小二乘相位解包裹算法，通過二次剪下對該算法進行改進，稱為改進的橫向剪下最小二乘相位解包裹算法，模擬和實驗證明兩種算法抗欠採樣能力均高於目前主要的相位解包裹算法；（2）項目利用新建剪下干涉光場中噪聲的特點，提出了有效降低噪聲的算法，解決了再現光場相位的空間頻率較高時，現有的各種降噪算法效果不佳的問題，並就算法選擇和剪下量大小選擇對降噪效果的影響進行了研究；（3）傳統的最小二乘相位解包裹算法無法得到精確解，項目找到了一種可以獲得精確解的最小二乘解包裹算法，並通過模擬和實驗證明了其有效性；（4）項目將新的相位解包裹方法和降噪算法成功推廣到了其它需要完成解包裹運算的測量領域，比如光學投影三維測量，並證明算法還可以推廣到干涉合成孔徑雷達等測量領域；（5）項目研究並提出了將剪下干涉原理用於數字全息和光學投影三維測量中，從而方便地去除載頻的算法，並給出了具體實例；（6）項目研究了一種衍射再現算法，利用該算法可以用無透鏡傅立葉變換全息圖得到任意放大倍數的再現像；（7）項目還研究了通過徑向剪下實現相位解包裹的可能性，並給出了算法和實例。在項目的支持下，研究組共在國內外核心期刊發表論文13篇，國際會議論文2篇，申請發明專利1項，軟體著作權1項，其中被SCI檢索的論文1篇，被EI檢索的論文10篇。
