一、光的衍射实验的计算机仿真模拟(论文文献综述)
李鹤楠[1](2021)在《集成成像系统中立体场景的采集、重构与显示技术研究》文中研究说明集成成像系统中立体场景的采集、重构与显示技术研究视觉是人类获取外界信息的重要途径,真实的客观世界是三维立体的,然而长久以来传统的二维图像一直缺少深度信息,这不能满足人类想要还原立体世界的视觉体验要求,因此三维显示技术在近些年来一直得到广泛关注。在立体显示技术中,集成成像由于无需佩戴辅助观看设备、可在非相干光源下工作且具有全彩色视差、连续观看视角、不产生视觉疲劳等优点,而被认为是最有前途的三维显示技术之一。自1908年被Lippmann提出以来,集成成像立体显示系统有了一定程度的发展,但由于理论算法和硬件设备的限制,集成成像技术在场景采集、计算重构、光学显示等方面仍然有待改善。在立体场景采集方面,集成成像技术采用的相机阵列仍然存在硬件成本过高的问题;在计算重构方面,传统的集成成像计算重构方法在远离重构视点处存在一定程度的图像失真;在光学显示方面,集成成像传统显示系统存在光线串扰严重、颗粒感强等问题。因此,在深入分析相关理论之后,本文针对立体场景采集处理、集成成像计算重构视图失真矫正、集成成像显示系统的观看视觉质量提升等关键问题展开了深入的研究,分析了当前算法和显示系统的不足之处,提出了改进的解决方案,并且通过理论分析和实验数据证明所提方法的可行性和有效性。本文的主要研究内容和创新性工作如下:1、基于尺度不变特征变换和离散视点图像的集成成像立体场景采集方法。为了获得高质量的立体场景显示内容,集成成像系统中一般采用相机阵列进行采集,传统的相机阵列采集方法使用与显示透镜数量相同的相机来进行立体场景采集,但这样会造成高昂的硬件成本,为了能够采集高质量立体场景的同时又节约成本,提出了基于离散视点图像和尺度不变特征变换的立体场景采集方法。该方法采用小规模相机阵列采集离散视点图像和小规模立体元图像阵列,之后将小规模立体元图像阵列转换成低分辨率子图像阵列。由于离散视点图像中包含足够生成立体显示内容的有效像素,但其缺乏准确的视点信息,而低分辨率子图像阵列包含正确的视点信息,但其分辨率很低,且由于低分辨率子图像与离散视点图像有很大的相似性,因此采用尺度不变特征变换将二者进行匹配,根据匹配结果将离散视点图像变换为高分辨率子图像阵列,最后通过映射关系将高分辨率子图像阵列转换成满足显示参数要求的大规模立体元图像阵列。本部分内容进行了计算机虚拟仿真和真实相机采集与光学平台显示实验,证明了所提方法的有效性和可行性,可以作为集成成像采集系统的设计理论依据。与计算机虚拟采集法相比,本方法可以有效采集真实场景;与基于透镜阵列和记录介质采集法相比,本方法能够灵活采集各种尺寸的真实场景,并且采集到的立体元图像分辨率更高;与传统的相机阵列采集法相比,本方法能有效降低采集成本,大大降低采集操作的繁杂性,使立体元图像阵列的生成更加简便高效。2、基于尺度不变特征变换和块匹配的集成成像计算重构方法。针对由立体元图像阵列直接生成的三维视图图像存在局部图像失真的问题,提出了基于尺度不变特征变换和块匹配的计算集成成像三维视图重构方法。该方法主要用从立体场景直接拍摄得到的视图图像的正确区域或者通过块匹配方法匹配到的相对较好图像区域来替换原视图图像中的失真区域。其实,由于设备的限制和一些人为因素,初始得到的匹配区域并不能满足替换要求,因此采用尺度不变特征变换描述符和透视变换来得到满足替换要求的正确区域。本部分内容针对所提方法给出了相应的虚拟采集和真实采集两种方式的实验结果,并通过图像质量评价验证了该方法具有改善三维视图图像视觉质量的作用。与传统集成成像计算重构方法相比,该方法生成的视图图像具有更高的分辨率;与近年提出的基于光线追迹和自动对焦的集成成像计算重构方法相比,该方法不仅减轻了计算负担而且解决了重构场景边缘失真的问题。3、基于离散胶合透镜阵列和全息扩散片的集成成像显示方法。针对基于连续单透镜阵列的传统集成成像视觉显示分辨率不高、串扰严重、颗粒感强等问题,提出了基于离散胶合透镜阵列结合全息扩散片的显示方法。该方法将集成成像传统显示方法中连续单透镜阵列替换成离散胶合透镜阵列与全息扩散片。本部分内容对单透镜和胶合透镜的结构与成像质量进行了设计分析与比较,对全息扩散片的扩散作用进行了理论分析,并且结合倒装芯片工艺超高密度小间距发光二极管(light-emitting diode,LED)显示载体设计了两种显示系统,其实验结果表明该方法的显示效果与传统集成成像显示相比有明显提升,证明了本方法的可行性与有效性。与基于连续单透镜阵列的传统集成成像显示方法相比,本方法能够有效减少串扰对立体显示图像的影响,降低显示颗粒感,提高观视质量。此外,由于传统的连续单透镜阵列在制作时需要制造与显示平台大小相等的模具,而离散胶合透镜阵列只要加工单元透镜再进行组装即可,因此对于大尺寸的集成成像显示系统,采用离散胶合透镜阵列更加节约成本且制作工艺简单。为了进一步提高显示效果,本章所提方法在实验中采用了胶合透镜,与难以加工的非球面透镜相比,胶合透镜的设计和制作更加容易且实验效果良好。
孟文文[2](2021)在《时空域傅里叶单像素成像关键技术研究》文中研究表明一种新型的成像技术-关联成像技术近年来受到了来自国内外许多研究学者的广泛关注。与传统使用面阵探测器进行成像的技术不同,该技术利用单像素探测器结合光学调制器件与相关算法实现对目标物体的成像,因此关联成像技术也常被称为单像素成像技术。单像素成像技术在面阵探测器无法成像或造价昂贵的波段具有潜在的成像优势和巨大的应用价值。同时,单像素成像对物体反射或者透射光的总能量进行探测,因此其在弱光领域同样具有巨大的应用前景。然而,单像素成像技术发展至今在几个重要性能指标方面,例如成像质量和成像效率等,与传统的面阵成像还是存在一定的差距。围绕如何提高单像素成像技术的这些性能指标,国内外科研工作者开展了很多研究工作,同时也取得了丰硕的科研成果。本论文继续在前人的研究基础上,主要围绕稀疏傅里叶单像素成像技术与时域傅里叶单像素成像技术开展研究工作。针对现有相关技术的不足之处提出新的研究解决方法,提供理论分析并进行相应的计算机数值仿真与实验验证工作。本论文的主要工作概括如下:(1)传统傅里叶单像素成像为了提高成像效率通常选择仅采样低频信息而丢弃高频信息,以减少获取的样本数量。这种方法会导致最终成像物体细节信息的丢失,降低成像分辨率。此外,由于频率截断,恢复图像的振铃效果很明显。针对该问题,本文提出了一种变密度稀疏傅里叶单像素成像技术,该技术可以减少采样次数并且同时保证较高的图像复原质量。所提出的方法利用了傅立叶频谱分布的特征,即图像信息的功率在傅立叶空间中从低频到高频逐渐减小。采用变密度随机采样矩阵对频谱信息实现随机采样,然后使用压缩感知算法对信息进行反演,最后获取高质量的复原图像。与仅获取低频信息的傅立叶单像素成像方法相比,该方法可以有效提高图像复原质量。另外,考虑到系统的分辨率受衍射限制,该方法也可以实现高分辨率成像。(2)时域单像素成像技术可以采用低带宽检测器获取快速变化的时变信号。但是我们从时变信号的时域信息中只能得到信号幅值随时间的变化信息,无法直接获取时变信号的频率特性,例如时变信号的频率组成以及每个频率分量的大小。然而频谱分析可以很有效地解决这个问题。在信号处理领域,采用傅里叶变换的方式获取频谱分布已经成为一个被广泛应用的重要手段。根据时变信号的频谱特性,可以仅检测重要频率信息,舍弃不重要的频率信息,可以在能够保留大多数有用信息的同时,提高系统的采样效率。本文结合时域单像素成像和傅立叶变换的特点,提出了一种用于直接获取时域信息谱的傅里叶时域单像素成像方法,并搭建了研究系统,利用具有一定正弦和余弦分布的时变光强度,直接根据信号强度获得时变信号的频谱信息,该方法可以非常灵活地从信号中检测并获取时变信号的特征信息。通过这种方法获得的频谱分布信息可以方便地分析和处理时域信息,并且还可以通过逆傅里叶变换处理获取时域幅值信息。傅里叶时域单像素成像结合了时域单像素成像和傅立叶频谱分析二者的优势,在微弱和瞬时信号采集与分析领域具有重要的价值和应用,同时具有使用低带宽检测器获取快速时变信号的能力。
汪洋[3](2021)在《基于计算机仿真技术的PAN基碳纤维性能模拟分析》文中提出分析聚丙烯腈(PAN)基碳纤维生产工艺及成分结构变化,采用电子扫描显微镜、强度仪和小角散射系统对条带纤维、微原纤维和皮芯纤维3种PAN基碳纤维结构进行表征,获取微观结构信息。利用计算机仿真技术,模拟PAN基碳纤维性能,由模拟结果可知,PAN基碳纤维性能并不是由一种微观结构决定的,而是由不同性能综合表征结果体现的。PAN基碳纤维孔隙率取决于拉断断口,条带纤维是三种纤维中孔隙率最低的。依据子午衍射谱图上的晶面衍射峰值,计算纤维微晶间距和沿轴向平均尺寸,确定PAN基碳纤维拉伸强度。采用小角X射线散射方法测定纤维微孔结构,发现回转半径决定PAN基碳纤维微孔细长程度和沿纤维轴向程度取向。在仿真实验下,将传统方法与计算机仿真技术模拟方法的模拟精准度进行对比分析,发现计算机仿真技术模拟方法模拟精准度更高,能够较真实地反映PAN基碳纤维的性能。
张玉莹[4](2021)在《基于本征模叠加相关滤光原理的光纤激光模式分解技术》文中研究表明随着光纤技术的发展,光纤的传输功率显着提升,高功率的光纤系统在军事、通信、制造等领域广泛应用。不过传输能量过高会引发光纤内的非线性效应,通常选择增大纤芯直径降低能量密度,但是会增加导波模式数量;除此之外,光束在多模光纤中传输时,多个导波模式之间有模式竞争、模式耦合;激光器的泵浦源、谐振腔使用寿命减少,及配套电路器件老化等问题,均会使出射光束的光束质量下降,进而对光学系统的性能造成影响。光束质量因子M2和其他评价光束质量的参数,仅能选择性地反映激光束的传输情况或者聚焦程度,无法分析光束的模式特性。所以本文采取模式分解技术研究光纤激光的模式特性。论文首先分析光纤内的本征模式特性及光束衍射传输的基本原理,在此基础上,公式推导验证基于相关滤波原理的模式分解技术的理论正确性。在仿真实现模式分解过程中,结合双步ABCD算法,可调节远场频谱面的抽样单元尺寸,提高光斑分辨率。采用液晶位相调制器作为相关滤波器,对光纤出射光束进行位相调制,使光纤内传输的本征模式在空间上相互分离;提出远场光强数据处理算法,将CCD的探测光强导入计算机中,结合算法操作后获得光强分布,依据该光强数据可计算光纤内本征模式的权重系数和模间相对位相;并且仿真分析离焦、焦移误差因素对模式分解结果的影响;搭建实验平台,实现模式分解,通过实验分析空间载频分量和离焦误差对模式分解的影响。以上工作内容是为了解决模式分解技术在仿真分析和实际工程应用中的难题而开展,其中主要内容如下:1、将双步ABCD算法应用在模式分解的远场光斑分析中。由于傅里叶变换频谱面的采样率固定,在仿真时远场衍射光斑过于微小且集中以致无法分析;应用双步ABCD算法,可调节频谱面抽样单元尺寸,提高光斑分辨率,保证从光斑中选取光强数据的准确性,进而确保模式分解结果的准确性。2、选择液晶位相调制器完成位相调制,且提出远场光强数据处理算法共同实现模式分解。基于相关滤波原理可知,对光纤出射光束既有振幅调制和位相调制。液晶位相调制器调节位相,精准度高,其可编程的操作具有灵活性;提出远场光强数据算法,用算法处理光强数据模拟对光束振幅调制。仅位相调制可使光斑在频域相互分离,只有经过算法处理后的光强数据,才可被用于计算本征模式的相关参数。3、分析离焦、焦移影响因素对模式分解结果的影响。高阶高斯光束和高阶贝塞尔光束具有焦移的特性,仿真分析焦移误差因素的影响。在实际工程应用中,探测器的位置与几何焦点难免有离焦误差,通过仿真和实验得到,高阶模LP02模式受离焦的误差影响更大,而阶数更低阶的5个低阶模式,在相对离焦量-0.25%—0.25%范围内,模式分解结果误差率在10%以内。提出基于菲涅耳衍射的迭代寻焦算法,优化焦移误差。最后对整篇文章进行了总结,并对激光模式内容测量以及基于相关滤波原理的模式分解技术进行了展望,分析其未来的发展方向以及待解决的问题。
李瑞,刘鑫鹏,徐林轩,张华,杨研[5](2020)在《计算机仿真在光学教学中的应用》文中研究指明随着计算机的计算能力的显着提升,计算机的仿真模拟作为一种重要的辅助工具在教学和科学研究中的应用越来越广泛。在高等学校的大学物理教学中,计算机仿真模拟与课堂教学相结合已经成为大学物理教学改革的发展趋势。近些年,利用计算机的仿真模拟开展的虚拟实验室已经成为高等学校的大学物理实验教学的重要组成部分。论文分析了高等学校大学物理教学的现状,选取了大学物理教学中物理图像较为抽象的光学部分进行了仿真模拟,包括杨氏双缝干涉实验和夫琅禾费单缝衍射实验。详细地分析了将计算机仿真模拟与大学物理理论教学的结合注意事项,说明了利用仿真模拟辅助开展大学物理教学的优点和可行性。
张瑾瑾[6](2020)在《基于二维条码的光学防伪系统研究》文中进行了进一步梳理随着高科技的不断发展,人们的生活越来越便利的同时,也给个人和社会带来信息安全的隐患,利用高科技手段伪造身份证、银行卡及知名品牌的商标等重要证件,给个人财产、商业以及国家造成了巨大的损失。因此具有保密性可靠的防伪技术是信息安全领域重要的研究课题。相位光学防伪掩膜是一种较薄且透明的衍射光学元件,其防伪特点主要表现在它所携带的防伪信息不能被普通的强度探测器所感知,近几年来,采用基于随机相位编码的方法将防伪图像编码成高阶相位信息,利用二元光学技术制作成光学相位防伪掩膜来实现信息防伪的技术推动了防伪技术的发展,但是高阶相位防伪掩膜受到工艺制作的限制,使得该项技术在实际应用上难以发展。本文深入研究光学防伪掩膜的设计方法,提出采用基于深度学习的相位恢复算法来制作相位防伪掩膜,进一步提高相位防伪掩膜的恢复图像的质量,并引入二维条码编码方法,将带防伪信息编码为二维条码,再将二维条码利用随机相位编码技术编码为相位防伪掩膜,在低阶量化下即可实现防伪信息的无噪声恢复,解决了光学防伪掩膜工艺制作的难题。同时引入混沌系统,利用混沌加密算法对防伪掩膜加密,提高了光学防伪掩膜的的防伪性能。本文的研究内容主要包括以下几个方面:(1)简要介绍了相位光学防伪掩膜设计制作的理论基础,对经典相位光学防伪掩膜的设计方法进行了计算机仿真分析,比较了基于不同相位恢复算法的相位防伪掩膜设计方法对图像恢复质量的结果,为改进方法提供了基础。(2)将基于深度学习相位恢复算法引入到光学防伪掩膜设计中,经计算机仿真验证,图像的恢复质量得到了良好的改善,并且我们对灰度图像和二值图像的恢复效果进行了比较,将二维条码技术引入到防伪系统中,实现了低阶量化的防伪掩膜可以恢复无噪声防伪信息,并比较了 QR码和BCH码编码的二维条码的抗噪性能,得出BCH码编码的二维条码对光学防伪系统产生的散斑噪声抵抗能力更强。(3)为了进一步提高光学防伪掩膜的防伪性能,引入混沌密钥,利用混沌的伪随机性和初值敏感性,引入辅助密钥来设计密钥流,对相位光学防伪掩膜进行加密,实现了一定意义上的“一次一密”。
王仁德[7](2020)在《光学扫描全息系统中的边缘特征提取技术研究》文中研究说明数字全息技术的提出使得精准捕获物体的三维图像成为了可能。光学扫描全息技术是一种特殊的基于单像素记录的非相干数字全息技术,该技术以光学扫描的方式获得物体的信息,用单像素光电传感器代替电荷耦合器件将光信号转换成电信号。使系统不在受限于三维物体的大小和分辨率,能够捕获宏观和微观的数字全息图,以及高精度的荧光生物标本。可以广泛的应用于光学遥感、干涉计量、生物医学、形貌检测等领域。边缘特征是图像最基本的特征之一,实现边缘特征的提取可以有效地应用于图像分割、图像识别、图像匹配等领域。常用的边缘提取算子,在提取图像的边缘特征时,受到计算机等设备的限制,难以实现实时检测。在光学扫描全息中通过光学的方式直接获得物体的边缘信息,通过数字重建可以免去复杂的算法,直接得到物体的边缘特征,消除了复杂的边缘提取算子带来的时间损耗。基于以上分析,本文对光学扫描全息在非相干模式下的边缘特征提取技术进行了研究,实现了对二维和三维物体选择性边缘提取的功能。本文首先详细的论述光学扫描技术的理论基础和数学模型,然后着重阐述光学扫描中的边缘特征提取技术。接着研究光学扫描全息中的双光瞳外差扫描系统,为了在光学扫描全息中实现对二维和三维物体的边缘提取,对外差扫描系统中的两个光瞳做出改进,提出了基于环形光瞳实现选择性边缘提取的方法。分析了环形光瞳中的归一化半径对二维物体边缘特征提取的影响,介绍了“单线型”和“双线型”边缘提取的方法,并对环形光瞳在三维物体的断层边缘提取技术中的效果进行分析。然后在环形光瞳的基础上,对于三维物体断层成像中的离焦噪声,提出环形光瞳和随机相位光瞳相结合的光学扫描全息系统。该系统可以在三维物体的边缘特征提取中去除离焦噪声对重建断层的影响。最后研究了基于环形光瞳和随机相位光瞳实现光学扫描全息系统在光学加密领域的应用,实现了对多层图像的并行加密和解密。
刘欣[8](2020)在《应用于直下式激光背光的衍射光学元件研究》文中研究说明近些年来,液晶显示技术作为当今主流的平板显示技术一直备受各界人士的关注。但随着科技不断进步,传统基于发光二极管的背光模块已不能满足人们对于显示高色域的需求。区别于传统背光光源,激光所提供光源色纯度高、光谱带宽窄,应用于背光模块能够显着提升显示器的色彩表现能力。衍射光学元件(Diffractive Optical element,DOE)具有体积小、质量轻、衍射效率高、色散性能高等优势,区别于传统光学元件能够实现光学系统的微型化、阵列化、集成化,在光束整形以及波面变换领域有着非常广泛的应用。本文选用衍射光学元件作为激光的整形元件,能够将输入的激光光斑扩束整形匀光,形成均匀的面光源。为进一步提高基于DOE的激光背光模块的性能,本文针对衍射光学元件加工引起的一些共性问题进行了深入研究,具体内容如下:1、通常在加工DOE时,需将其相位数据二值化,现有算法得到的二值化相位数据往往性能较差,因而本文提出两种二值化优化算法,分别是基于模拟退火的二值化优化算法以及基于误差扩散的区域迭代二值化优化算法,用于提高二值化DOE的光学性能,计算机仿真结果以及实际光学重建结果均表明了所提算法的有效性。2、针对大间距像素型DOE未能完全实现对输入光场精确调控问题,论文首先重新建立仿真模型,分析误差出现原因,结合算法并给出针对性改进,最后仿真及实验均证明所提算法能够有效提高输出光场的光学质量。3、论文分析了DOE因陡直度不够带来的相位及输出光场误差,通过建立精确仿真模型,模拟了DOE加工后的形貌,提出相应的优化算法能够显着提高DOE的光学性能。
严荣荣[9](2019)在《激光参数对薄膜激光损伤阈值的影响研究》文中认为随着高功率和高能量激光系统在科研和工业中的应用越来越广泛,光学薄膜元件成为高功率和高能量激光系统中的关键环节,一旦发生损伤将会影响整个系统的工作性能。评判光学薄膜稳定性的重要参数之一是薄膜的抗激光损伤能力,通常薄膜的抗激光损伤能力由激光损伤阈值表示,为了更好地评判光学薄膜的抗激光损伤性能,需要准确测量薄膜损伤阈值,而激光参数是获得高准确度薄膜损伤阈值最直接的影响因素,因此开展激光参数对薄膜损伤阈值的影响研究十分有意义。本文基于理论分析和实验测试展开了激光参数对薄膜损伤阈值的影响研究。通过对激光参数与薄膜损伤阈值数值模型的建立和计算机模拟,理论分析了激光输出能量、聚焦光斑尺寸和2M因子对薄膜损伤阈值的影响。在对常用激光束形参数测量方法研究的基础上,提出了基于夏克-哈特曼波前检测的测量方法,详细阐述了其测量原理;设计并搭建了以夏克-哈特曼为主要探测装置的激光束形参数测量系统,测量激光光强分布,根据光强分布的二阶矩定义计算聚焦光斑尺寸和2M因子,对比实测值与标称值;根据重复性等精度测试原理,多次测量激光输出参数和薄膜样品的损伤阈值,分析激光输出能量、聚焦光斑尺寸和2M因子对薄膜损伤阈值的影响;由统计学原理,计算了薄膜损伤阈值的不确定度。实验结果表明:激光器输出参数稳定性较差,能量相对误差最大值为9.99%,聚焦光斑尺寸相对误差最大值为7.81%,2M因子测量平均值为7.7,已经远远偏离基模高斯光束理想值;激光输出能量误差、聚焦光斑尺寸误差与薄膜损伤阈值误差呈正比例关系,2M因子与薄膜损伤阈值呈反向相关关系,由能量误差和聚焦光斑尺寸误差引起的薄膜损伤阈值合成相对不确定度高达18.72%。通过实验验证,激光输出能量、聚焦光斑尺寸和光束质量的稳定性对薄膜损伤阈值的准确测量均有影响。因此,研究激光参数对薄膜损伤阈值的影响,为获得准确的薄膜损伤阈值测试结果提供方向。
兰富洋[10](2019)在《剪切光束成像像质影响因素及提升方法研究》文中指出剪切光束成像(Sheared-beam imaging,SBI)是一种采用相干激光照明和回波相干接收的计算成像技术。其成像原理上具有一定克服大气湍流的能力,并且通过对接收阵列的扩展,系统能够达到传统光学成像系统难以实现的大等效口径,在地基对远距离暗弱目标高分辨率成像方面有着独特的优势。本文以提高SBI成像质量的关键技术为主要研究内容,从成像原理、系统构成、成像质量影响因素和室内实验验证等多个方面,对该技术进行了系统的研究和讨论。本文主要工作和成果有:通过对剪切光束成像技术基本原理的研究,推导出成像系统分辨率与探测器阵列基线长度的具体限定关系,利用计算机仿真验证了分辨率理论的正确性。研究了目标频谱振幅信息在图像重构中所起的作用,得出了该成像技术成像质量主要受回波信号相位影响的结论,为后续成像质量影响因素研究指明了方向。同时,提出一种适合评价剪切光束成像图像质量的无参照图像质量评价方法。在对SBI系统内影响成像质量的因素的研究中,根据理论分析和仿真结果,提出了SBI高质量成像所需的光束能量配比方式。针对激光频率误差对目标频谱的影响,提出了相应的频率解调方法和频谱校正方案。此外,建立了SBI发射系统剪切误差影响模型,分析了剪切量误差对成像质量的影响机理,提出剪切量误差的限定范围。推导出剪切光束成像技术视场的计算公式,并提出了一种在有限探测器数目下实现对目标局部高分辨率成像的探测器阵列排布方案。最后分析了探测器阵列间隔误差对成像质量的影响。对多种常见的大气光学效应带来的图像降质影响进行了分析。利用多层相位屏模型模拟了近地25km大气对SBI光束传输的影响,研究了不同激光发射孔径和成像距离下相位起伏对目标面上激光波前质量的影响。最后提出了利用激光共孔径发射方式抑制多种大气湍流效应影响的成像方法,并通过理论推导和计算机仿真验证了其在湍流影响抑制方面的能力。分析了目标形状及表面特性对回波散斑场的影响。研究了目标纵深导致的激光回波信号降质机理,利用计算机仿真了目标纵深和激光频差对SBI成像质量的联合影响。最后,对目标运动为SBI成像带来的影响进行了分析,并提出一种利用回波信号频率变化推算目标速度的方法。对SBI图像中散斑噪声来源及特性进行了研究,提出了一种基于形态学滤波的散斑图像精准配准方法。通过获取散斑图像形态滤波后图像之间的变换关系,对原始散斑图像目标区域进行对齐操作,最后以多幅图像叠加平均的方法消除图像中的散斑噪声。该方法能够避免孤立散斑颗粒的干扰,从图像全局考虑,使图像中目标区域配准精度得到提高,进一步提高了图像质量。实验结果显示,图像对比度噪声比平均提升了约8%。最后,设计并搭建剪切光束成像室内验证系统,开展SBI成像原理验证实验和成像质量影响因素研究实验。本文研究的剪切光束成像系统参数设计、湍流和目标对激光回波信号的影响模型以及散斑噪声消除方法等,对提升SBI成像性能奠定了一定的理论基础,对剪切光束成像技术的进一步发展起到一定的推动作用。
二、光的衍射实验的计算机仿真模拟(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、光的衍射实验的计算机仿真模拟(论文提纲范文)
(1)集成成像系统中立体场景的采集、重构与显示技术研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第1章 绪论 |
1.1 课题研究背景与意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 集成成像技术概述 |
1.2.2 集成成像立体场景采集方法的研究现状 |
1.2.3 集成成像计算重构方法的研究现状 |
1.2.4 集成成像光学显示系统的研究现状 |
1.3 本文的主要研究内容与章节安排 |
第2章 集成成像系统中的关键技术 |
2.1 传统集成成像系统及其原理 |
2.1.1 集成成像立体场景采集方法 |
2.1.2 集成成像显示系统原理 |
2.2 光场理论与集成成像 |
2.3 尺度不变特征变换 |
2.3.1 SIFT特征描述符的生成 |
2.3.2 SIFT特征描述符的匹配 |
2.4 透视变换 |
2.5 本章小结 |
第3章 基于SIFT和离散视点图像的集成成像立体场景采集方法 |
3.1 立体元图像阵列与子图像阵列间的光学映射关系 |
3.2 基于SIFT和离散视点图像的立体场景采集 |
3.2.1 离散视点图像采集的参数设计原则 |
3.2.2 基于SIFT算法的子图像矫正和立体元图像阵列的生成 |
3.3 仿真与实验结果分析 |
3.3.1 计算机仿真结果分析 |
3.3.2 实拍实验结果分析 |
3.4 本章小结 |
第4章 基于SIFT和块匹配的集成成像计算重构方法 |
4.1 傅里叶光学角谱理论介绍 |
4.1.1 平面波的角谱 |
4.1.2 角谱的传播 |
4.2 基于SIFT和块匹配的集成成像计算重构方法 |
4.2.1 集成成像系统的光学分析 |
4.2.2 基于SIFT和块匹配的集成成像计算重构方法具体内容 |
4.3 仿真与实验结果分析 |
4.3.1 计算机仿真结果分析 |
4.3.2 实拍实验结果分析 |
4.4 本章小结 |
第5章 基于离散胶合透镜阵列和全息扩散片的集成成像显示方法 |
5.1 传统集成成像显示系统与单透镜成像特性 |
5.2 本章所提集成成像显示系统与胶合透镜成像特性 |
5.3 集成成像系统中全息扩散片的显示原理 |
5.4 实验结果及分析 |
5.5 本章小结 |
第6章 总结与展望 |
6.1 工作总结 |
6.2 工作展望 |
参考文献 |
作者简介及在学期间的科研成果和项目经历 |
致谢 |
(2)时空域傅里叶单像素成像关键技术研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 绪论 |
1.1 关联成像技术发展 |
1.1.1 傅里叶单像素成像技术 |
1.1.2 时域单像素成像技术 |
1.2 论文的主要工作及章节安排 |
第2章 单像素成像复原方法 |
2.1 引言 |
2.2 压缩感知基础理论 |
2.3 图像迭代复原算法 |
2.4 傅里叶单像素成像图像复原算法 |
2.5 时域单像素复原算法 |
2.6 小结 |
第3章 稀疏傅里叶单像素成像技术研究 |
3.1 引言 |
3.2 稀疏傅里叶单像素成像方法 |
3.3 稀疏傅里叶单像素成像计算机仿真 |
3.4 稀疏傅里叶单像素成像实验研究 |
3.5 小结 |
第4章 时域傅里叶单像素成像技术研究 |
4.1 引言 |
4.2 时域傅里叶单像素成像技术理论 |
4.3 时域傅里叶单像素成像技术仿真与实验研究 |
4.4 小结 |
第5章 总结与展望 |
5.1 主要工作内容 |
5.2 论文创新点 |
5.3 展望 |
参考文献 |
致谢 |
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果 |
(3)基于计算机仿真技术的PAN基碳纤维性能模拟分析(论文提纲范文)
1 实验部分 |
1.1 原料与仪器 |
1.2 模拟方法和性能表征 |
2 结果与讨论 |
2.1 孔隙率分析 |
2.2 拉伸强度分析 |
2.3 微孔结构分析 |
3 仿真实验 |
3.1 实验步骤 |
3.2 孔隙率模拟精准度对比分析 |
3.3 拉伸强度模拟精准度对比分析 |
3.4 微孔结构模拟精准度对比分析 |
4 结语 |
(4)基于本征模叠加相关滤光原理的光纤激光模式分解技术(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 相关领域的国内外研究现状 |
1.2.1 激光光束质量评价 |
1.2.2 激光模式分解技术 |
1.2.3 相关滤波器的发展 |
1.3 论文结构安排 |
第二章 光纤内激光模式分析 |
2.1 光纤内模式分析 |
2.1.1 无源光纤内模式分析 |
2.1.2 有源光纤内模式分析 |
2.2 光束衍射传输 |
2.2.1 衍射传输理论 |
2.2.2 柯林斯公式 |
2.3 像面抽样单元尺寸可变算法 |
2.3.1 两步菲涅耳传输 |
2.3.2 双步ABCD算法 |
2.4 本章小结 |
第三章 基于相关滤波器的模式分解 |
3.1 基于相关滤波原理的模式分解技术 |
3.2 相关滤波器的实现方法 |
3.2.1 计算机全息片 |
3.2.2 液晶空间光调制器 |
3.3 误差分析及优化 |
3.3.1 离焦因素 |
3.3.2 焦移因素 |
3.3.3 焦移误差优化 |
3.4 本章小结 |
第四章 模式分解的仿真分析 |
4.1 模式分解仿真结果 |
4.2 离焦仿真分析 |
4.2.1 数值积分 |
4.2.2 基于双步ABCD算法 |
4.3 焦移仿真分析 |
4.3.1 LP模焦移误差 |
4.3.2 HG模焦移误差 |
4.4 计算机全息图编码及波前重现 |
4.4.1 李威汉编码 |
4.4.2 罗曼III型编码 |
4.5 液晶位相调制器的仿真分析 |
4.5.1 相息图及波前重现 |
4.5.2 远场光强数据处理 |
4.6 本章小结 |
第五章 模式分解实验研究 |
5.1 实验关键器件介绍 |
5.1.1 激光器和光纤性能参数 |
5.1.2 液晶位相调制器 |
5.1.3 CCD相机的性能参数 |
5.2 搭建实验 |
5.2.1 少模光纤光场 |
5.2.2 模式分解光场 |
5.2.3 空间载频分量实验分析 |
5.2.4 离焦实验分析 |
5.3 本章小结 |
第六章 总结与展望 |
6.1 论文工作总结 |
6.2 研究展望 |
参考文献 |
致谢 |
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
(5)计算机仿真在光学教学中的应用(论文提纲范文)
1 大学物理光学实验仿真模拟的意义 |
2 数值模拟开展光学仿真实验 |
2.1 杨氏双缝干涉实验的仿真 |
2.2 夫琅禾费单缝衍射实验的仿真 |
3 利用计算机模拟开展辅助光学教学的注意事项 |
4 总 结 |
(6)基于二维条码的光学防伪系统研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.3 本文主要研究内容 |
2 传统的相位防伪掩膜设计方法 |
2.1 相位防伪掩膜的基础理论 |
2.1.1 基本概念及防伪特性 |
2.1.2 基于迭代相位恢复算法的相息图的制作 |
2.1.3 相息图恢复质量的评价标准 |
2.2 基于G-S算法的相位防伪掩膜的设计 |
2.2.1 G-S算法原理 |
2.2.2 计算机仿真及分析 |
2.3 基于POCS算法的相位防伪掩膜设计 |
2.3.1 POCS算法原理 |
2.3.2 计算机仿真及分析 |
2.4 本章小结 |
3 基于深度学习相位恢复算法的相位防伪掩膜设计方法 |
3.1 交替投影相位恢复算法 |
3.2 深度先验 |
3.3 基于深度先验的相位防伪掩膜设计 |
3.3.1 网络结构及训练 |
3.3.2 相位防伪掩膜制作流程 |
3.4 实验结果及分析 |
3.4.1 灰度图像和二值图像的实验仿真 |
3.4.2 鲁棒性分析 |
3.5 本章小结 |
4 基于二维条码编码的相位防伪掩膜设计方法 |
4.1 二维条码 |
4.1.1 QR码 |
4.1.2 基于BCH编码的二维条码 |
4.2 基于二维条码的相位防伪掩膜设计 |
4.3 仿真实验分析 |
4.3.1 基于二维条码相位掩膜的实验仿真 |
4.3.2 抗噪性能分析 |
4.4 本章小结 |
5 基于混沌密钥的光学防伪系统 |
5.1 混沌系统的密码学特征 |
5.1.1 混沌系统的定义 |
5.1.2 混沌系统的加密特点 |
5.2 基于余数系统和置换多项式的混沌序列密钥设计 |
5.2.1 余数系统 |
5.2.2 置换多项式 |
5.2.3 混沌伪随机序列生成 |
5.2.4 基于混沌序列的密钥流设计 |
5.3 基于混沌密钥的光学防伪系统 |
5.3.1 基于混沌密钥的光学防伪系统 |
5.3.2 计算机仿真 |
5.4 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
致谢 |
作者简历及攻读硕士学位期间的科研成果 |
(7)光学扫描全息系统中的边缘特征提取技术研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 全息技术概论 |
1.2 光学扫描全息概论 |
1.3 光学扫描全息技术的研究进展 |
1.4 边缘特征提取技术及其在光学扫面全息中的作用 |
1.5 本论文的主要工作 |
第二章 光学扫描全息理论 |
2.1 数学背景 |
2.1.1 二维傅里叶变换 |
2.1.2 卷积和相关 |
2.2 波动方程和标量衍射理论 |
2.2.1 波动方程 |
2.2.2 标量衍射理论 |
2.3 双光瞳光学外差扫描技术 |
2.4 光学传递函数 |
2.5 光学扫描全息术原理 |
2.5.1 全息图记录 |
2.5.2 全息图重建 |
2.6 本章小结 |
第三章 基于环形光瞳的光学扫描全息系统 |
3.1 光学扫描全息和边缘特征提取 |
3.2 环形光瞳理论 |
3.3 各向同性边缘提取 |
3.4 各向异性边缘提取 |
3.5 本章小结 |
第四章 基于环形和随机相位光瞳的光学扫描全息系统 |
4.1 光学扫描全息系统中的断层成像技术 |
4.2 环形光瞳实现三维物体边缘提取 |
4.3 随机相位光瞳实现断层成像 |
4.4 环形和随机相位光瞳实现断层边缘提取 |
4.5 光学加密特性分析 |
4.6 本章小结 |
第五章 总结与展望 |
5.1 论文工作总结 |
5.2 研究展望 |
致谢 |
参考文献 |
附录 A 攻读硕士学位期间取得的成果 |
(8)应用于直下式激光背光的衍射光学元件研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 课题背景 |
1.2 国内外研究现状 |
1.3 课题研究的目的及意义 |
1.4 论文研究工作及章节安排 |
第二章 光束整形与衍射光学元件理论基础 |
2.1 常见光束整形技术 |
2.2 衍射元件设计理论基础 |
2.3 标量衍射理论 |
2.3.1 基尔霍夫衍射公式 |
2.3.2 菲涅尔衍射公式 |
2.3.3 夫琅禾费衍射公式 |
2.4 DOE常用设计算法 |
2.4.1 G-S算法 |
2.4.2 模拟退火算法 |
2.4.3 遗传算法 |
2.5 本章小结 |
第三章 用于激光背光模块DOE优化设计 |
3.1 针对大衍射角发散光的DOE优化算法 |
3.1.1 算法原理 |
3.1.2 算法仿真结果 |
3.2 二值化优化算法 |
3.2.1 算法原理 |
3.2.1.1 基于模拟退火的DOE二值化优化算法 |
3.2.1.2 基于误差扩散的区域迭代二值化优化算法 |
3.2.2 算法仿真结果 |
3.3 基于大采样间距的DOE优化算法 |
3.3.1 算法原理 |
3.3.2 算法仿真结果 |
3.4 针对加工形貌误差的DOE优化算法 |
3.4.1 算法原理 |
3.4.2 算法仿真结果 |
3.5 本章小结 |
第四章 光束整形DOE实验研究 |
4.1 二值化优化算法实验验证 |
4.1.1 衍射光学元件的加工 |
4.1.1.1 无掩膜光刻直写设备介绍 |
4.1.1.2 光刻材料的选取 |
4.1.1.3 DOE表面结构高度与相位的关系 |
4.1.2 整形DOE测试系统 |
4.1.3 实验结果及分析 |
4.2 大间距优化算法实验验证 |
4.2.1 液晶空间光调制器介绍 |
4.2.2 光学重建系统 |
4.2.3 实验结果及分析 |
4.3 本章小结 |
第五章 总结与展望 |
5.1 全文总结 |
5.2 研究展望 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况 |
(9)激光参数对薄膜激光损伤阈值的影响研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 课题研究背景 |
1.2 课题研究目的和意义 |
1.3 国内外研究现状 |
1.3.1 国内研究现状 |
1.3.2 国外研究现状 |
1.4 本文主要研究内容 |
2 激光薄膜损伤阈值的测试及其影响因素 |
2.1 光学薄膜的损伤 |
2.1.1 薄膜损伤定义 |
2.1.2 薄膜损伤的判别 |
2.2 激光薄膜损伤阈值的测试方法 |
2.2.1 损伤阈值的定义 |
2.2.2 损伤阈值的测试方法 |
2.3 薄膜损伤阈值的影响因素 |
2.3.1 激光参数对薄膜损伤阈值的影响 |
2.3.2 光学薄膜材料物理特性对损伤阈值的影响 |
2.4 本章小结 |
3 激光参数的测量 |
3.1 激光特性参数 |
3.1.1 激光功率和能量 |
3.1.2 激光空域参数 |
3.2 激光参数的测量方法 |
3.2.1 脉冲激光能量的测量 |
3.2.2 光斑尺寸的测量 |
3.2.3 M~2因子的测量 |
3.3 夏克-哈特曼检测法 |
3.3.1 夏克-哈特曼波前检测原理 |
3.3.2 微透镜阵列的光束变换 |
3.3.3 束形参数的计算 |
3.3.4 光强分布拟合 |
3.4 本章小结 |
4 激光参数对薄膜损伤阈值的影响 |
4.1 激光能量对薄膜损伤阈值的影响 |
4.2 聚焦光斑尺寸对薄膜损伤阈值的影响 |
4.3 M~2因子对薄膜损伤阈值的影响 |
4.3.1 高斯光束的传输变换原理 |
4.3.2 高斯光束的透镜传输变换原理 |
4.3.3 数值模型的建立与仿真 |
4.4 激光输出参数的稳定性分析 |
4.4.1 激光输出参数稳定性的影响因素 |
4.4.2 不确定度分析 |
4.5 本章小结 |
5 实验装置设计与结果分析 |
5.1 实验测试装置 |
5.1.1 损伤阈值测试系统 |
5.1.2 激光参数测量系统 |
5.1.3 衰减系统 |
5.2 结果分析 |
5.2.1 激光参数测量结果 |
5.2.2 输出能量对损伤阈值的影响 |
5.2.3 聚焦光斑尺寸对损伤阈值的影响 |
5.2.4 不确定度分析 |
5.2.5 M~2因子对损伤阈值的影响 |
5.3 本章小结 |
6 结论与展望 |
6.1 结论 |
6.2 展望 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间发表的论文 |
致谢 |
(10)剪切光束成像像质影响因素及提升方法研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 研究背景与意义 |
1.2 剪切光束成像技术概况 |
1.3 国内外研究现状 |
1.4 论文的主要研究内容 |
第2章 剪切光束成像理论分析 |
2.1 成像基本原理 |
2.1.1 振幅复原 |
2.1.2 相位复原 |
2.2 剪切光束成像分辨率研究 |
2.2.1 理论分析 |
2.2.2 仿真验证 |
2.3 成像质量评价 |
2.4 本章小结 |
第3章 成像系统中成像质量影响因素研究 |
3.1 激光能量配比 |
3.2 激光功率稳定性 |
3.3 激光频率稳定性 |
3.4 发射孔径剪切量误差 |
3.5 接收阵列间距对成像影响分析 |
3.5.1 剪切光束成像视场 |
3.5.2 探测器间距误差 |
3.6 本章小节 |
第4章 大气湍流对成像机理影响及抑制方法研究 |
4.1 激光大气传输理论 |
4.1.1 大气衰减 |
4.1.2 大气湍流模型 |
4.1.3 大气中光的传播 |
4.1.4 相位屏模拟 |
4.2 大气湍流对SBI成像影响的研究 |
4.2.1 光强闪烁 |
4.2.2 相位起伏 |
4.2.3 光束漂移 |
4.2.4 光束扩展 |
4.3 不同发射方式对成像的影响 |
4.3.1 共孔径发射方式成像模型建立 |
4.3.2 不同发射方式下湍流的影响 |
4.4 本章小节 |
第5章 目标特性对成像质量的影响研究 |
5.1 目标形状和表面特性对散斑场的影响 |
5.2 目标纵深对成像质量的影响 |
5.2.1 三维目标成像模型 |
5.2.2 仿真验证与分析 |
5.3 目标运动对成像的影响 |
5.3.1 光学多普勒效应 |
5.3.2 目标视向运动 |
5.3.3 目标横向运动 |
5.3.4 目标旋转 |
5.4 本章小结 |
第6章 剪切光束成像散斑抑制方法研究 |
6.1 图像散斑形成原因 |
6.2 图像散斑抑制方法 |
6.2.1 SBI散斑图像配准研究 |
6.2.2 基于形态学滤波的SBI图像配准方法 |
6.2.3 SBI图像散斑消除实验 |
6.3 本章小结 |
第7章 剪切光束成像实验研究 |
7.1 实验方案设计 |
7.1.1 成像系统构成 |
7.1.2 成像系统参数标定 |
7.2 散斑抑制实验研究 |
7.3 共孔径发射方式湍流抑制实验研究 |
7.3.1 实验设计 |
7.3.2 实验结果 |
7.4 本章小结 |
第8章 总结与展望 |
8.1 总结 |
8.2 展望 |
参考文献 |
致谢 |
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
四、光的衍射实验的计算机仿真模拟(论文参考文献)
- [1]集成成像系统中立体场景的采集、重构与显示技术研究[D]. 李鹤楠. 吉林大学, 2021(01)
- [2]时空域傅里叶单像素成像关键技术研究[D]. 孟文文. 中国科学技术大学, 2021(09)
- [3]基于计算机仿真技术的PAN基碳纤维性能模拟分析[J]. 汪洋. 化工新型材料, 2021(04)
- [4]基于本征模叠加相关滤光原理的光纤激光模式分解技术[D]. 张玉莹. 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所), 2021(03)
- [5]计算机仿真在光学教学中的应用[J]. 李瑞,刘鑫鹏,徐林轩,张华,杨研. 大学物理实验, 2020(05)
- [6]基于二维条码的光学防伪系统研究[D]. 张瑾瑾. 大连海事大学, 2020(01)
- [7]光学扫描全息系统中的边缘特征提取技术研究[D]. 王仁德. 昆明理工大学, 2020(05)
- [8]应用于直下式激光背光的衍射光学元件研究[D]. 刘欣. 合肥工业大学, 2020(02)
- [9]激光参数对薄膜激光损伤阈值的影响研究[D]. 严荣荣. 西安工业大学, 2019(03)
- [10]剪切光束成像像质影响因素及提升方法研究[D]. 兰富洋. 中国科学院大学(中国科学院西安光学精密机械研究所), 2019(05)