复杂物体离轴-同轴复合数字全息高分辨率成像

当被测物体不满足稀疏条件时,传统同轴数字全息相位恢复方法无法消除共轭像的干扰,也无法获得正确的相位重建结果;而离轴数字全息受最小记录距离的限制分辨率较低。为此,提出了一种将离轴和同轴数字全息相结合的复合数字全息成像方法。该方法只需记录一幅离轴全息图和一幅同轴全息图;采用约束最优化算法从离轴全息图中得到记录平面内物光波的近似相位分布;将此相位信息与同轴全息图的强度信息合成记录面内物光波复振幅的初始值;再利用迭代算法实现物体强度像和相位像的高分辨率重建,该方法的理论分辨率与图像传感器的分辨率相同。实验结果表明,该方法可以充分利用图像传感器的空间带宽积,能在对复杂物体成像时消除共轭像,实现大视场、高分辨率数字全息成像,实验成像分辨率接近理论分辨率。     

数字全息波前准确重建的实验研究

为了得到数字全息图波前的准确重建场,采用常见的波前重建算法进行实验研究和理论分析,得到了物光波通过非单一介质传播时的等效距离,并利用该等效距离修改常用波面重建公式中的相关参量,与柯林斯公式对数字全息图进行重建的结果进行比较分析,发现当物光波通过非单一介质时,采用等效距离修正的重建公式或者柯林斯公式均能得到准确的数字全息再现像。结果表明,采用等效距离对数字全息图进行波前重建的结果与采用柯林斯公式重建的结果一致,此方法能够简化光波通过非单一介质时对数字全息图的波前准确重建。该研究结果可为显微数字全息及数字全息检测应用提供有益的参考。     

同轴数字全息相位恢复算法采样距离优化研究

相位恢复算法被广泛应用于去除同轴数字全息共轭像。其中,多采样距离相位恢复算法相比于基于单幅全息图的相位恢复算法,尤其是在两幅全息图的重建算法中,重建精度更高且收敛速度更快。针对采样距离和采样间隔对再现物光波前的精度的影响,通过记录不同采样距离的多幅数字全息图,进行相位恢复。通过分析比较再现相位像的标准化均方根误差,得到优化算法的最佳采样距离和采样间隔。结果表明,采样距离在130～160mm范围内时误差较小,采样距离为150mm、采样间隔为2mm时误差最小,仅0.0096。     

彩色数字全息常见波面重建算法的实现与比较

为了研究彩色数字全息检测应用中波面重建方法对重建场质量与计算速度的影响,及不同波长记录的重建场的准确融合,采用理论分析及实验验证的方法,给出了不同色光物光重建场准确重叠的方法及彩色数字全息波面实时再现的详细过程,并分析比较了几种波面重建算法的特点及计算速率。结果表明,使用球面波为重建光的可变放大率波面重建算法能适应各种大小的物体,且可获得较高分辨率的像,并占用较少的计算时间,能较好适用于彩色数字全息检测应用。     

连续太赫兹波同轴数字全息相衬成像

太赫兹同轴数字全息成像是基于太赫兹波干涉记录的一种新型成像技术,具有光源相干性要求低、光路结构简单、成像分辨率高、实时定量获取物光波复振幅信息等特点,非常适用于太赫兹波段成像。搭建了一套连续太赫兹波同轴数字全息成像装置,通过全息图预处理和相位恢复算法,获取了样品的振幅和相衬图像,有效抑制了共轭像,并进一步探索了太赫兹同轴数字全息技术在生物医学检测上的可行性。     

彩色数字全息波前重建算法概论

基于单色CCD记录彩色数字全息图的光学系统及衍射的数值计算理论,综合评述彩色数字全息波前重建的常用算法。对一种只适用于静态物理量检测的波前重建算法做了重要改进,不但消除了频谱混叠对重建光波场的影响,而且让该重建算法适用于动态物理量的实时数字全息检测。并将研究工作推广于彩色CCD记录彩色数字全息图的光学系统,给出了三色光照明下重建物体彩色图像的实例。     

基于内插与外推的数字全息分辨率增强方法

为了提高数字全息再现图像的分辨率,分析了增强图像分辨率的典型方法,提出了同时采用图像内插与外推的数字全息分辨率改进方法。对采集的全息图运用图像算法进行向内插值与向外填充,在全息面和物面之间采用角谱方法进行双向衍射迭代。通过该方法可以实现全息图的内插与外推,内插过程可以增加全息图空间采样频率而外推过程扩大了全息图数值孔径。同时,讨论了内插与外推的限制因素,并将新的改进方法与单独采用外推或内插进行了比较,模拟和实验结果证明,运用该方法可以明显改善再现图像分辨质量。     

基于体全息的三维显示方法

全息三维显示具有呈现包含真实物体所有特征的三维场景的能力,这对信息的数据量和分辨率提出了极高的要求。体全息术可以为高分辨率三维显示提供大容量数据存储和基于三维布拉格光栅的实现方式。提出体全息三维显示方法,通过计算全息算法得到三维物体的全视差相息图,由相位型空间光调制器对物光波进行波前编码,利用体全息光栅的角度选择特性在光致聚合物的同一全息图基元中复用多幅全息图。在参考光照射下,可以重建出多角度的三维场景,扩充了三维显示的空间带宽积。     

物光与参考光强度比对数字全息再现像质的影响

为了提高数字全息显微中的重建精度及速率,采用理论分析与实验验证相结合的方法,对数字全息显微中基于同态信号处理的广义线性重建算法进行了理论分析,比较了同一物场在不同物光与参考光强比条件下的实验结果。结果表明,随着参考光与物光光强比的不断增大,广义线性重建算法再现像质得到明显改善,但当这一比值增大到一定值时,再现像质量则逐渐下降。寻找合适的物光、参考光光强比,是利用数字全息广义线性重建算法实现高质量再现像的重要条件。     

针对结构表面的数字全息相位重构散斑去除方法

近年来,数字全息显微技术在复杂表面测量领域得到了广泛关注。数字全息技术主要分为干涉记录和重构再现两部分。在激光干涉记录中,散斑噪声会严重影响测量结果。因此数字全息相位重构的一项重要工作就是去除散斑噪声,以提高重构精度。分析了带有散斑噪声的几类典型的结构面,比较了菲涅尔衍射算法、基于小波变换的菲涅尔衍射算法和新提出的基于非下采样轮廓波变换的菲涅尔衍射算法三者在散斑去噪和信号保持方面的表现。结果显示:基于非下采样轮廓波变换的菲涅尔衍射重构算法可以有效提取各类结构面的信息,有效实现信噪分离。因此,该方法比现有重构算法可得到更高的重构精度,在结构表面的相位重构方面具有重要应用价值。     

Reconstruction of Double-Exposed Terahertz Hologram of Non-isolated Object

When the non-isolated imaging objects are complex or critical imaging precision is required, single-exposure digital hologram technique may be insufficient. So in this paper, double-exposure method is adopted in 2.52-THz inline digital holography simulations and experiments. Experimental results indicate that, compared with the results reconstructed by single-exposure amplitude-constrained phase retrieval algorithm (S-APRA), double-exposure phase-constrained phase retrieval algorithm (D-PPRA) increases the contrast of the reconstruction image by 0.146 and double-exposure amplitude-constrained phase retrieval algorithm (D-APRA) increases the contrast by 0.225. In addition, when applied to non-isolated object reconstruction, phase retrieval algorithms with only amplitude constraint on the object plane work better than those with both amplitude and phase constraints.     

基于先验信息的二值血管锥束迭代重建

基于旋转DSA(Digital Subtraction Angiography)的血管三维重建是当前医学图像处理领域的一个新的研究热点,具有广阔的应用前景.本文在SART(Simultaneous Algebraic Reconstruction Technique)算法的基础上,根据穿过每个体素的锥束射线误差的加权平均值,构造了二值体素状态转移的概率函数,实现了一种适用于二值三维图像的迭代重建算法.针对二值三维血管的特点,本文采用最大均匀性准则作为重建目标的先验信息对迭代过程进行约束,使得迭代过程具有很好的体积聚类功能,大大提高了三维图像的重建质量.以Defrise模型和冠状动脉模型作为研究对象,试验结果表明,本文的重建算法在抑制噪声保持目标结构信息等方面优于经典的Feldkamp算法.     

柯林斯公式的逆运算及其在波面重构中的应用

给出描述光波通过傍轴光学系统衍射的柯林斯公式及其逆运算表达式，然后将数字全息检测研究中的物平面及CCD探测平面视为ABCD系统的输入平面及输出平面，提出通过柯林斯公式的逆运算进行波面重构的一种计算方法。为便于该方法的实际应用，研究了参考光是球面波时全息图的频谱结构，并从理论上证明，全息图的频率空问中存在可以通过滤波器分离的物光及共轭物光的频谱。最后．通过理论模拟及实验研究证明了使用柯林斯公式的逆运算重构波面的可能性。     

A new fast method for the reconstruction of 2-D microwave images ofrotating objects

The problem of microwave imaging of rotating objects is approached from a digital signal processing point of view. Attention is focused on the reconstruction of the two-dimensional (2-D) image of an object obtained by processing complex samples of the continuous wave (CW) signal return received for different object aspect angles covering a 2pi total variation. The effects of a polar sampling of the Fourier transform (FT) of the target reflectivity function on the impulse response of the imaging system are analyzed. A criterion for the choice of the angular sampling interval in order to control the image blurring is given. Finally, a new and fast digital signal processing method for image reconstruction is proposed. This method reconstructs high resolution images of rotating targets illuminated by a CW electromagnetic signal or by a large bandwidth transmitted signal. This algorithm is suitable for processing wideband received signal of targets observed for a large variation of the viewing angle, so it is very attractive for the reconstruction of very high spatial resolution target images in SAR/ISAR systems. To show the performance of the method we finally present and discuss the results obtained by applying the proposed technique on simulated and experimental data.     

用Levenberg-Marquardt法进行二维介质重构

对于在TM柱面波、平面波简谐波照射下,接收装置采用线状、环状装置,在有约束和没有约束情况下的目标重构,从散射的积分方程出发,采用矩量法离散该积分方程,对所得的非线性方程组采用Levenberg-Marquardt方法求解,其中对正则化因子,即阻尼因子的选取采用修正的Feltcher算法。数值结果表明该方法可以减少求解方程组的病态性,具有较好的收敛性。比较数值仿真结果,给出二维介质重构的实验设置方法。     

New approach to extract phase feature of 3-D objects by wavelength-scanning digital holography

Phaseinformationisoneofkeyfeaturesfor3Dob jectsespeciallyforalmosttransparentobject,suchas somebiologicaltissues.Thus,phasefeaturesaremost widelyappliedinrecognization,opticalmetrologyandsoon.Somemethodshavebeenproposedtoobtainthe phaseinformation[14]ofa3…     

相移干涉术中参考波准直误差的数值校正

针对相移干涉术中参考波由于准直误差可能为非倾斜或倾斜球面波的情形,本文提出了一种简单的数字处理方法,不需任何附加测量即可提取真实球面波的几何参数,进而校正由标准波前再现公式所恢复的物波波前误差.本文方法的有效性由模拟试验所证实,并说明了其适用范围.     

Array FBG sensing and 3D reconstruction of spacecraft configuration

In this paper, a plate shape perception technique based on quasi-distributed fiber Bragg grating (FBG) array and space surface reconstruction algorithm is proposed. Firstly, in order to make curvature continuous, the bicubic plane interpolation algorithm is studied. Then, taking the simulated satellite bulkhead structure as the research object, we research the space surface reconstruction algorithm based on orthogonal curvature and coordinate transformation (translation and rotation). Finally, a four-sided fixed plate deformation monitoring system based on quasi-distributed FBG sensors network and surface reconstruction algorithm is built. Many experiments are conducted to verify the reliability and accuracy of the algorithm. The proposed algorithm provides a new method for three-dimensional reconstruction of spacecraft structure.