何钰[1]2003年在《小波变换在位相展开中的应用》文中指出基于条纹投影的光学叁维传感技术自80年代提出以来，由于非接触、快速、精度高等优点，已得到了广泛的应用。位相展开是所有位相测量叁维传感技术共同面临的问题。在实际应用中，特别是测量复杂的物体叁维面形时，由于采样不足以及噪声阴影等原因，使实际位相图中存在很多可能引起展开失败的奇点，如何找到它们并尽量减少其影响是大多数位相展开算法的难点。虽然在近20年中有多种算法出现，但并没有一种算法能完全解决位相展开中的问题。 本文提出了一种基于极点与截断线的位相展开新算法。在这种算法中，利用小波变换寻找截断线，有效地标记出极点和截断线，构造出二元模板指导位相展开。针对直接标记截断线的困难，利用小波变换系数的模极大值与局部奇异性的关系，通过检测多尺度小波变换系数模极大值的位置来标记截断线的基本走向，进而采用二值数学形态学处理方法形成完整的截断线，构成标记出极点与截断线等易产生错误的区域的二元模板来，将位相展开的错误限制在局部范围。同时使用调制度排序算法进行位相展开，这在很大程度上避免了沿位相不可靠点在进行位相展开时引起的误差传播。 新算法对于采样不足的区域有着很好的处理效果，并且保留了调制度函数本身处理局部阴影等截断位相不可靠区域的能力。计算机模拟和实验证明了本文新算法的正确性与有效性。本文的工作为位相展开问题提供了又一种合理和有效的解决方案。
何钰, 苏显渝, 周利兵[2]2003年在《小波变换在位相展开中的应用》文中进行了进一步梳理在结构照明型光学叁维传感和干涉型计量技术中 ,都需要将计算出的截断位相恢复为物理参数对应的连续位相。位相展开的过程中 ,对于十分复杂的截断位相 ,如何有效地标记出极点和截断线是至关重要的。本文提出利用小波变换寻找截断线的方法。利用小波变换系数的模极大值与局部奇异性的关系 ,通过检测小波变换系数模极大值的位置来标记截断线的基本走向 ,进而采用图像处理中的二值数学形态学处理方法形成完整的截断线 ,构成指导位相展开的控制模板。新算法有效地标记了极点和截断线 ,将位相展开的错误限制在局部范围。本文给出了这种算法的详细分析和计算机模拟实验的结果
钟金钢[3]2006年在《光学数字人体形貌叁维重建技术研究》文中认为生物医学与信息技术、计算机技术的结合，使人体信息数字化成为生物医学工程研究与应用中的热点和前沿问题。人体形貌的叁维数字化是数字人体研究的一个重要方面，在生物医学领域的应用日趋广泛。人体形貌叁维重建技术是人体形貌叁维数字化的基础。用于数字虚拟人研究的机械切片断层成像叁维重建方法，无法用于活人体的叁维形貌数字化重建。基于X射线的断层扫描CT技术对软组织表面的叁维重建效果也不是很好。因此，寻求新的技术方法来解决活人体形貌的数字化叁维重建问题具有重要意义。 本文主要研究光学叁维形貌术用于活人体形貌的叁维重建技术问题。基于面结构光投影的傅立叶变换形貌术，理论上可重建活人体等动态物体，我们通过研究传统傅立叶变换形貌术及其在叁维人体形貌重建中的应用，针对传统傅立叶变换形貌术的局限性，提出了窗口傅立叶变换形貌术和多尺度窗口傅立叶变换形貌术，以及它们在叁维人体形貌重建中的应用。小波变换在空---频局域化、多分辨方面具有较大的优势，从理论上证明了在慢变位相梯度条件下，可通过求解小波变换脊的位相来解调变形光栅条纹的位相，进一步提出了直接提取小波变换脊位相的叁维形貌术及其在叁维人体形貌重建中的应用；并将小波变换脊用于瞬时频率的探测，通过瞬时频率来自动确定多尺度窗口傅立叶变换形貌术的尺度。针对传统相移形貌术只适用于静态物体的叁维重建，提出并研究了高速数字相移技术用于准静态活人体的形貌重建。去包裹位相展开技术是基于面结构光投影位相解调形貌术的关键技术，针对位相突变和不连续点的去包裹位相展开难题，提出并研究了一种基于数论理论的去包裹位相展开技术。最后，针对嘴唇在动态过程中面形出现不连续区域并不断变化情况，本论文提出并实现了彩色编码数字条纹叁维形貌术用于人在讲话过程中嘴唇的叁维重建，这对研究在讲话过程中嘴唇的运动状况(如唇读、发音矫正等)具有一定的意义。
翁嘉文[4]2012年在《动态定量相衬数字全息显微成像技术》文中认为生命科学研究的突破在很大程度上依赖于各种新颖的、性能高的分析测试仪器。显微成像设备是生命科学研究中最常见的分析测试设备。传统的显微镜已经远不能满足目前科学研究的要求。发展新的显微成像分析技术，对活细胞等微小生物样品实现无扰、动态、定量的显微分析是目前生命科学研究的迫切需求。该技术关系到疾病发生机制的解析、医疗效果评价、药物筛选等重大科学问题。随着计算机和高分辨率CCD摄像机的发展，以及数字图像处理技术的进步，结合数字全息成像技术以及光学条纹分析技术，逐渐出现了基于复振幅位相定量分析的数字全息显微成像技术。该技术采用CCD摄像机等电子成像器件代替全息干版来记录全息图，可连续记录运动物体的各个瞬间过程，实现连续在线全息记录，并将记录的全息图存入计算机；其再现过程是对全息图进行数值再现，可定量分析样品的幅度和位相信息，为样品的定量检测分析带来了极大的方便。目前数值再现重构技术，主要是以菲涅尔衍射积分公式为基础的菲涅耳算法、卷积算法以及基于角谱传播理论的角谱法。但上述几种方法都借助了傅里叶变换算法来获得全息图的频谱，并基于空间滤波技术设计滤波器，在频域中对全息图进行滤波，以消除零级像以及孪生像，提取+1级频谱重构再现像。但当全息图中含有噪音或者寄生衍射条纹时，+1级频谱的边界将会变得模糊不清，因此难以精确地确定滤波窗口的形状及带宽。另外对于不同物体所形成的全息图频谱分布形状并不相同，因而在滤波过程中对于滤波窗口形状，以及大小的选择具有较大的任意性。根据每幅不同的全息图进行人工定义滤波器的方法在一定程度上解决了上述的不足，但对于动态全息分析而言，将有大量的全息图被记录和分析，人工定义滤波器的方法过于耗时，是不现实的。另一方面由于再现像质量与滤波窗口的选择紧密相关，人工定义滤波窗口没有统一的准则。因此，针对动态全息图的特点，对前后两幅全息图再现位相进行比较时，如果空间滤波不当的话，很可能导致前后两幅全息图的比较结果不可靠。因此迫切需要寻找具有统一准则的数值再现算法实现动态数字全息分析。本文为探索一种提高数字全息定量相衬显微动态分析技术，针对目前常用的数值再现算法不适用于动态分析的缺陷，提出一种基于小波变换的数值再现算法，无需空间滤波，避免或减轻动态全息图再现结果比较的不可靠性，实现对活细胞等位相物体的无扰、定量、动态分析。研究内容主要包括理论研究，计算机数值模拟研究以及实验研究。理论研究主要包括以下几方面：（一）基于空间滤波技术，提出自适应滤波器的自动设计算法。（二）提出基于一维以及二维Gabor小波变换的数值再现算法用于动态分析，包括最佳母小波函数的选择、小波变换最佳尺度参数的选取原则、以及小波变换脊的精确提取算法等。（叁）考虑在超快动态数字全息中，由于CCD反应速度的局限，需利用角复用技术，提出针对角复用全息图的小波变换物光波数字重建技术。计算机数值模拟研究以及实验研究方面：首先利用数值方法进行模拟，检验上述再现算法的可靠性，并基于Matlab语言开发相关的程序；然后搭建全息实验光路，以洋葱细胞以及生物细胞为实验样品，采用CCD摄像机采集样品的全息条纹，进行数值再现，从而获得生物样品的定量位相分布信息；最后，以一个活动幼虫为研究对象，实现数字全息显微成像的动态分析。本论文的特色与创新之处在于首次在国内外提出应用具有多尺度细化分析的功能的Gabor小波变换构造数字全息再现核心算法，其关键技术在于通过小波变换脊对样品信号基频信息的提取以消除零级像与孪生像。该技术为活细胞等生物样品的分析提供了一种崭新的方法，对探索生命过程，促进生物医学研究实现新的突破，实现对活体细胞的动态检测，具有重要的科学意义。
乔培玉[5]2012年在《基于叁维形貌的弹痕比对系统的研究》文中认为枪弹头痕迹比对检验学在公安实践中可以判断发射枪支以证实犯罪，而传统利用显微镜比对效率很低，迫切需要一种高效精确的比对方法。目前基于计算机图像处理学的弹痕比对方法研究较多，但都是基于二维的灰度图像。由于灰度图像在获取的过程中受周围环境光照影响较大，同时不能够获取深度信息，因此比对结果可靠性不高，在最终判别两颗子弹的相似度时还需进行大量的人工比对，效率没有实质性的提升。为了提高枪弹头痕迹比对的效率，通过研究发现，在枪弹头比对过程中，弹痕的深度纹理信息是重点比对对象，因此如何精确的获取弹痕的深度纹理信息是研究工作的重点。本文在枪弹头痕迹测量现状的基础上，根据弹痕比对系统的要求，在获取足够高的测量精度且不会对子弹的纹理信息遭到破坏的前提下，提出了采用光学非接触测量的方法。通过分析发现，基于结构光的投影光栅相移测量技术是通过直接分析变形光栅得到物体的高度信息，此方法具有测量精度高，速度快，对物体的纹理无破坏等优点~[17]，非常符合弹痕叁维纹理信息测量的要求。本文以结构光数字投影光栅相移测量技术为主要研究方向，主要研究工作定位在用数字投影光栅相移技术来测量弹痕的叁维纹理数据，同时对获取的弹痕数据进行相似度分析。在结构光投影光栅相移测量领域，所测量的对象大都是相对较大的物体，在如对弹痕纹理等微观领域的测量研究相对较少。在详细分析数字投影光栅相移测量技术原理的基础上，从弹痕叁维纹理测量的整个系统出发，提出了弹痕测量系统的平台构成。投影光栅相移测量技术中最重要的环节是位相提取和位相展开方法，为了滤除噪声及投影仪畸变，CCD相机畸变等各种影响，对采集的条纹图像采用了自适应维纳滤波和小波多阈值方法进行预处理，提出了十六级平均技术进行位相主值的计算，提高了计算的精度；在位相展开方面，针对位相中存在不能够识别的间断点或是跃变点，提出了基于多频的梯度导向相位展开算法，实验验证其有效地克服了位相中间断点和跃变点对位相展开的影响，提高测量精度。在弹痕叁维纹理测量系统参数标定方面，给出了叁维弹痕纹理测量系统参数标定的过程，对系统的光学畸变等进行了标定，标定过程中选择高精度的徕卡经纬仪作为辅助设备，采用了分区拟合的算法进行整体的畸变标定；利用标定系数对位相值进行修正，最后进行位相-高度的映射。针对弹痕提取和弹痕比对，首先利用OpenGL编写了重建的软件，添加了伪彩色功能进行辅助分析；讲述了基于椭圆拟合法提取弹痕的原理，给出了坐标转换的具体公式，针对此方法不能处理发生形变的子弹的情况，提出了利用高斯滤波中线法进行弹痕的有效提取，详细的介绍了滤波器的设计过程，给出了滤波器的逼近性能分析，减少了数据冗余，提高了提取的精度和效率，研究了不同的截止波长对提取结果的影响。在基于上述弹痕提取的基础上，运用互相关算法来表征两颗子弹的相似程度，选用比对结果最优的截止波长，同时为了增加比对结果的可靠性，又提出了利用2D+3D的数据融合方法进行人工的辅助分析。为了解决子弹变形严重时弹痕信息遭到破坏问题，又对弹壳的撞针信息进行了分析，利用基于体素的互相关测度法进行相似度计算，为了克服两颗弹壳在数据采集时坐标不一致的问题，提出了基于自适应变系数的迭代算法进行最优相似度的计算，给出了算法的实验流程，结果表明此方法能够提高比对的可靠性。实验结果表明，系统所设计的硬件结构和相关算法能够满足弹痕比对的要求，达到了预期目的。
陈盛华[6]2007年在《飞秒激光脉冲整形与测量技术研究》文中研究指明本文在对飞秒脉冲整形技术、飞秒脉冲测量技术、飞秒脉冲研究进展综述的基础上,提出高能量、周期量级脉冲产生的方案,并围绕这个课题展开研究。论文的主要内容包括:1利用充惰性气体中空光纤、惰性气体电离成丝对放大系统输出的脉冲进行光谱展宽实验研究,并利用低压惰性气体电离成丝获得可支持周期量级脉冲的高能量、超宽带光谱。2研究液晶空间光调制器(LC-SLM)的脉冲整形原理;数值模拟LC-SLM的色散补偿效果;设计超宽带光谱范围内的色散补偿实验;搭建LC-SLM脉冲整形系统;以实验测量的方式校正LC-SLM的电压控制位相关系;编制LC-SLM的自动化控制软件;实验上实现了LC-SLM位相的精确控制。3根据飞秒脉冲测量仪器原理编写相干条纹分辨自相关、频率分辨光学开关法(FROG)仿真软件;分析光谱相位相干直接电场重建法(SPIDER)测量误差的来源,在算法上采用小波变换和傅立叶变换两种方法互校的方式实现位相的精确还原;编制在线的SPIDER位相还原软件和辅助测量程序,实验上实现SPIDER的精确测量;采用SPIDER测量和LC-SLM位相控制相结合的反馈方式,实现色散补偿。4设计、搭建包含LC-SLM的啁啾脉冲放大系统光路;采用解析的方法,对放大系统的展宽器和压缩器参数进行设计;对LC-SLM在放大系统中的色散补偿效果进行仿真;完成放大系统种子脉冲振幅整形。此外,对LC-SLM的脉冲整形算法进行研究,并编制相应软件;采用反复傅立叶方法对位相整形滤波函数进行计算;采用模拟退火算法和遗传算法进行自适应的反馈实验仿真;设计利用LC-SLM脉冲整形的自适应反馈研究光子晶体光纤光谱展宽的实验方案。
梁曼[7]2016年在《条纹投影轮廓术中质量图引导的位相解包裹方法研究》文中指出条纹投影叁维形貌测量技术以其非接触测量、速度快、精度高等优点成为国内外叁维传感技术的研究热点之一。如何准确、快速获取解包裹位相,在条纹投影叁维形貌测量中一直是一个关键问题。本文首先对各种目前常用的位相解包裹方法进行了介绍,针对现有位相解包裹方法存在的问题,改进和提出了针对傅里叶变换轮廓术和小波变换轮廓术的质量图引导位相解包裹方法。本文先简单介绍了傅里叶变换轮廓术的基本原理和根据傅里叶变换处理后的调制度信息建立质量图的方法,改进了根据质量图引导解包裹过程,根据阈值将质量图分为好坏两部分,并进行分块处理,对不同部分采用不同解包裹算法以达到兼顾解包裹的速度和准确性,并通过模拟分析、实物实验等方法验证该方法的可行性。然后提出了一种新的用于小波变换轮廓术进行位相解包裹的质量图建立方法。对变形条纹图进行小波变换后获得变形条纹的包裹位相与瞬时频率,将瞬时频率与条纹载频的绝对差值和相邻像素点之间瞬时频率的变化程度两方面来建立质量图。该方法可以快速、精确地检测出噪声、阴影或条纹突变等区域,使建立的质量图更加准确。再根据阈值将质量图分为好坏两部分,对不同部分采用不同解包裹算法,与现有的质量图引导的洪流位相解包裹法相比,解包裹速度更快,适用于动态测量中大量变形条纹图的位相精确快速解包裹。
韩世茹[8]2016年在《青藏高原东部夏季200 hPa纬向风10-30天低频振荡特征及其对江淮流域降水的影响》文中提出本文利用1980-2013年中国753站逐日降水资料、ERA-Interim逐日4时次再分析资料、NOAA向外长波辐射资料,使用小波分析确定低频振荡周期,利用Lanczos滤波器提取低频分量并通过合成分析、相关分析等统计学方法讨论了青藏高原东部夏季200 hPa纬向风10-30天低频振荡特征及其对江淮流域降水的影响。结果表明：(1)青藏高原东部200 hPa纬向风低频振荡的主要周期为10-30天周期,在10-30天低频振荡强年和弱年低频振荡的空间分布和传播特征有显着差异。高原东部纬向风低频振荡强(弱)年,低频振荡强度强(弱),低频振荡周期长(短),纬向传播中,低频振荡中心越过高原后主要表现为向东(西)传播。(2)青藏高原东部纬向风10-30天低频振荡与江淮流域降水有密切联系,江淮流域降水滞后于高原低频振荡一个位相,低频系统自高原向东南方向移动影响江淮流域低频降水在活跃位相和中断位相之间转换。青藏高原东部10-30天低频系统在低频振荡周期一个位相之后到达江淮流域地区,进而影响江淮流域低频降水。对流层高层200 hPa上,青藏高原东北部有低频反气旋(气旋),随后低频反气旋(气旋)向东向南移动,到达江淮流域上空,影响江淮流域上空西风急流位置偏北(南),与高空脊(槽)配合,江淮流域受低频反气旋(气旋)南侧低频东(西)风影响,上空有低频辐合(辐散)运动,不利于(有利于)江淮流域出现低频降水。对流层中层500 hPa上,低频正(负)位势高度中心东移至江淮流域附近,使得我国东北地区低槽减弱(增强),无(有)冷空气向江淮流域输送,无(有)高空西风急流的配合,不利于(有利于)江淮流域出现垂直上升运动,不利于(有利于)江淮流域低频降水的发生。(3)青藏高原东部10-30天低频振荡对江淮流域低频降水有较好的预报作用,将青藏高原东部低频系统作为江淮流域低频降水的预报要素之一,有助于提高江淮流域低频降水预报的准确率。在江淮流域低频降水过程发生前后,青藏高原东北部低频环流中心、500 hPa西太平洋副热带高压以及低纬度地区的对流活动有显着差异。在低频降水过程发生前,该地区存在显着的低频系统强度变化和位置变动。利用这叁个关键信号建立江淮流域低频降水过程的综合预报因子并进行预报,预报准确率达到68.8%,较采用2个及以下预报要素进行预报时对预报准确率和误报率均有改善。
郭荣礼[9]2014年在《LED照明的数字全息显微研究》文中进行了进一步梳理数字全息显微是数字全息和光学显微相结合的一种干涉成像技术，它可以获得微观样品的复振幅分布，可以在计算机中完成数值聚焦、相位补偿等功能。在数字全息显微中，利用复振幅中的相位，可以得到样品表面轴向分辨率可达到几纳米的叁维形貌分布，或者其它与位相相联系的物理量，即实现相衬成像。数字全息相衬显微技术为微结构形貌测量、生物细胞成像、微流控测量等领域提供了一种非接触、实时和全场测量的手段。本论文旨在探索低相位噪声、大的无包裹相位成像深度、高稳定性的相衬显微技术。本论文提出了两种用LED光源照明的数字全息显微方案，降低了相位噪声；提出了用双波长LED光源照明的数字全息显微方案，用小波滤噪的方法克服了双波长干涉测量中的噪声放大问题，扩展了无包裹相位成像的范围；构建了两种反射式点衍射数字全息显微装置，提高了测量的稳定性。本论文的具体工作包括以下五方面：1、提出了一种采用LED照明的离轴数字全息显微方案。所提出的方案包含Linnik显微干涉光路和4f偏振滤波系统两部分。该方案通过一次曝光记录可获得离轴数字全息图，全息图在整个视场中都具有均匀且最优的对比度。它具有低相位噪声和实时测量的优点，为微纳结构、MEMS表面的测量提供了一种高精度的解决方案，可用于运动物体或动态过程的实时观测。2、利用两步盲相移算法，在Linnik干涉仪的基础上提出了一种LED光源照明的轻离轴相移数字全息显微方案。实验中，通过机械移动参考镜从而引入相移，抛弃了传统的相移干涉中采用的PZT等相移器件。两幅干涉图之间的相移值通过傅里叶分析在频域获得，进而重建出物光波的复振幅分布。对实验中用到的两步盲相移算法的性能进行了分析、比较。该方案的优点是低成本、低位相噪声以及光路调节简单。3、提出了采用小波滤噪的方法解决双波长相位成像中的噪声放大问题，实现了波长间隔为20nm的两个LED光源照明的双波长数字全息显微。实验中用到的两个LED的中心波长分别为630nm和650nm，合成波长为20.475m。虽然扩展了相位测量中的无包裹相位成像范围，但是，此时的相位噪声与单一波长时的噪声相比放大了2×20.475/0.63=65倍。模拟与实验结果表明，用所提出的算法成功降低了噪声，最终的相位噪声降低到了单一波长测量时的水平。4、提出了基于反射式点衍射干涉的同轴相移数字全息显微。其中物光频谱经针孔反射镜滤波后作为参考光，同轴记录提高了CCD空间带宽的利用率，结合偏振相移干涉技术，依次记录4幅相移干涉图，消除了零级和共轭像。该装置具有物参共路的特点和长时间的稳定性。5、提出了基于同轴反射式点衍射的并行相移数字全息显微。该装置基于迈克尔逊干涉仪，物光频谱经针孔反射镜滤波后作为参考光，由朗奇光栅和4f系统结合用于平行分光，通过一次曝光可以记录两幅90°相移干涉图。该装置可用于相位物体动态变化过程的定量测量。
曾惠萍[10]2007年在《基于小波脊的条纹分析技术及应用研究》文中研究说明振幅、位相以及位相中蕴涵的频率是光学条纹信号的主要特征，其特征大小及变化规律被广泛应用于许多科学研究和工程应用领域的位移、形变和密度的精密测量，以及雷达、生物、医学等信号的检测与诊断。本文先从小波脊提取光学条纹信号的瞬时频率和位相的基本原理开始阐述，提出基于瞬时频率梯度的多尺度窗口傅里叶变换方法，并通过理论分析、计算机模拟和实验研究了该方法在叁维测量、非平稳信号的时频分析及其它相关位相测量方面的应用。首先，通过理论分析和计算机模拟分析研究了小波脊检测条纹信号的瞬时频率和位相的有效性，同时通过对实际干涉条纹图的分析说明检测条纹图的频率和位相的变化可以检测条纹的空洞、不连续区域等。其次，在阐述多尺度窗口傅里叶变换原理的基础上，理论分析了多尺度窗口傅里叶变换的时频窗的变化规律及其与小波变换的多分辨分析的异同之处，研究了基于瞬时频率的多尺度窗口傅里叶变换在叁维物体测量中的应用。为了尽可能提高频率分辨率和提高基频提取的精确度，本文根据条纹分析的特点明确提出了信号局部平稳长度的概念，研究了基于瞬时频率梯度的多尺度窗口傅里叶变换在叁维测量中的应用，提高了位相的提取精度，并具有一定的抑噪能力。再次，研究了基于瞬时频率梯度的多尺度窗口傅里叶变换分析非平稳信号的时频局域化能力，并与Winger-Ville分布和小波变换方法相比较，给出模拟和实验分析的结果。最后，把基于瞬时频率的多尺度窗口傅里叶变换方法应用于非平稳的白光干涉谱信号的分析，解调出白光干涉谱信号的位相，以实现薄膜厚度等相关物理量的测量。
参考文献：
[1]. 小波变换在位相展开中的应用[D]. 何钰. 四川大学. 2003
[2]. 小波变换在位相展开中的应用[J]. 何钰, 苏显渝, 周利兵. 激光杂志. 2003
[3]. 光学数字人体形貌叁维重建技术研究[D]. 钟金钢. 暨南大学. 2006
[4]. 动态定量相衬数字全息显微成像技术[D]. 翁嘉文. 暨南大学. 2012
[5]. 基于叁维形貌的弹痕比对系统的研究[D]. 乔培玉. 中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）. 2012
[6]. 飞秒激光脉冲整形与测量技术研究[D]. 陈盛华. 天津大学. 2007
[7]. 条纹投影轮廓术中质量图引导的位相解包裹方法研究[D]. 梁曼. 暨南大学. 2016
[8]. 青藏高原东部夏季200 hPa纬向风10-30天低频振荡特征及其对江淮流域降水的影响[D]. 韩世茹. 南京信息工程大学. 2016
[9]. LED照明的数字全息显微研究[D]. 郭荣礼. 中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所）. 2014
[10]. 基于小波脊的条纹分析技术及应用研究[D]. 曾惠萍. 暨南大学. 2007