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。     

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。     

基于4f系统的Gabor同轴相移数字全息

传统Gabor同轴全息中的直透参考光波与衍射物光波空间重叠,因而无法实现相移干涉。针对这一问题,提出了一种在Gabor同轴全息中引入相移的数字全息方法。根据空间频谱域中不同频率分量空间分离的特点,通过在4f系统的频谱面上采用纯相位空间光调制器对空间频谱的零频分量(直透参考光波)单独进行相位调制实现相移干涉,然后利用相移干涉算法得到再现像。理论分析和实验结果表明,基于4f系统的Gabor同轴相移数字全息方法可以在保留Gabor同轴全息光路简单、受环境振动和空气扰动影响小、对光源相干性和记录器件空间分辨率要求较低等优点的基础上,消除直流项和共轭像的影响,提高了再现像质量。     

基于4f系统的Gabor同轴相移数字全息北大核心CSCD

传统Gabor同轴全息中的直透参考光波与衍射物光波空间重叠,因而无法实现相移干涉。针对这一问题,提出了一种在Gabor同轴全息中引入相移的数字全息方法。根据空间频谱域中不同频率分量空间分离的特点,通过在4f系统的频谱面上采用纯相位空间光调制器对空间频谱的零频分量(直透参考光波)单独进行相位调制实现相移干涉,然后利用相移干涉算法得到再现像。理论分析和实验结果表明,基于4f系统的Gabor同轴相移数字全息方法可以在保留Gabor同轴全息光路简单、受环境振动和空气扰动影响小、对光源相干性和记录器件空间分辨率要求较低等优点的基础上,消除直流项和共轭像的影响,提高了再现像质量。     

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。     

Gabor同轴数字全息的多重再现与自动聚焦

对于近场同轴数字全息在聚焦再现(再现距离精确等于实际记录距离)时,采用多重再现方法可以很好地消除共轭像的影响,但该方法没有考虑和分析再现距离与实际记录距离存在偏差时的影响。然而在实际应用中,实际记录距离难于精确测定,数字再现时采用的再现距离往往与实际记录距离存在偏差。对该方法进行了进一步的深入分析,分析发现该方法对距离偏差十分敏感,且随着距离偏差增大其共轭像消除效果会急剧下降;利用该方法对距离偏差的敏感特性,可以提高同轴数字全息自动聚焦的精准性和灵敏性。对上述结论进行了原理分析和实验验证。     

基于任意相移量的4步相移数字全息新方法

为了研究相移数字全息中的相移量计算问题,从菲涅耳衍射和全息理论出发,对相移离轴无透镜傅里叶变换数字全息的记录和再现进行了分析,推导了基于任意相移量的4步相移数字全息图的光场表达式,提出了一种利用相位相减计算任意相移量的新方法,并进行了相应的实验验证,得到了预期效果.结果表明,该方法与传统的4步相移方法相比,不需要对相移器进行严格标定,也能有效地消除数字全息再现光场中的0级衍射和共轭像,提高再现像的信噪比,因此,这对降低测量系统的复杂性,促进4步相移数字全息的发展是有帮助的.     

基于任意相移量的4步相移数字全息新方法

为了研究相移数字全息中的相移量计算问题,从菲涅耳衍射和全息理论出发,对相移离轴无透镜傅里叶变换数字全息的记录和再现进行了分析,推导了基于任意相移量的4步相移数字全息图的光场表达式,提出了一种利用相位相减计算任意相移量的新方法,并进行了相应的实验验证,得到了预期效果。结果表明,该方法与传统的4步相移方法相比,不需要对相移器进行严格标定,也能有效地消除数字全息再现光场中的0级衍射和共轭像,提高再现像的信噪比,因此,这对降低测量系统的复杂性,促进4步相移数字全息的发展是有帮助的。     

同轴菲涅耳全息中提取相位的算法

同轴全息术得到的相位通常都有弯曲和畸变,且0级和±1级再现像相互重叠,使得以往在离轴全息中常用的相位补偿处理技术在同轴菲涅耳全息中效果不佳。为了解决该问题,采用一种仅需拍摄一幅同轴菲涅耳数字全息图,对该全息图做必要处理得到另一幅全息图,通过将两幅全息图的衍射再现光场相减消除相位弯曲,以及0级像和矩孔衍射对相位的影响,从而提取待求光场相位近似值的方法,进行了相应的理论推导和实验验证。结果表明,该算法相较以往使用的相位掩膜方法能够得到更好的结果。     

数字全息法测量三维形貌的研究

从理论和实验上研究了数字全息用于表面形貌测量的问题。记录采用离轴反射式数字全息系统,再现利用菲涅尔再现算法,然后对再现像使用快速相位解包裹算法,得到物体的三维形貌。实验结果表明,数字全息法可以有效的得到物体的三维形貌。     

大物体数字全息记录的研究

针对大物体数字全息记录时记录距离太长的问题,提出了一种实现短距离、大物体数字全息的记录系统.该系统将大物体预先缩小成像技术、两步相移技术引入到同轴无透镜傅里叶变换全息记录光路中.结果表明:同轴无透镜傅里叶全息可以充分的利用CCD的带宽,减少记录距离;两步相移技术操作简单,有效去除了零级像和共轭像的干扰;预缩小成像技术可以使得记录距离进一步减少,以上三种技术相结合,实现了在较短距离内,记录大物体的数字全息.     

数字全息显微测量中相位畸变的矫正方法

针对微尺寸(1 mm)透射型物体的数字全息显微测量中存在的相位畸变问题,提出一种相位矫正方法,通过改进预放大离轴菲涅耳数字全息记录光路以及全息图的卷积再现算法,消除了相位分布的一次畸变和二次畸变.使用该方法测量USAF1951分辨率板,成功矫正了其再现像的相位畸变,并得到了横向尺寸0.25 mm区域的清晰相位分布三维重建图.该方法的优点在于通过对记录光路和再现算法的改进,矫正相位畸变,直接得到正确的再现像相位,简化了相位补偿计算的步骤,很大程度地降低了相位重建过程的复杂程度,有利于对物体进行实时探测和快速重建.     

基于小波变换的太赫兹数字全息再现像去噪研究

太赫兹数字全息是当今太赫兹成像领域的研究热点之一。以真实连续太赫兹同轴数字全息再现像作为研究对象,进行了基于小波变换的去噪研究。选用bior2.2和sym4两种小波基,分别采用硬阈值和软阈值方式,对全息再现图像进行小波阈值去噪和基于小波的同态滤波处理,然后定量分析去噪结果。实验结果证明,对连续太赫兹同轴数字全息系统记录的再现像,采用bior2.2小波基的基于小波软阈值去噪的同态滤波,对太赫兹同轴数字全息再现图的去噪效果最好。     

菲涅耳非相干相关全息相移技术

菲涅耳非相干相关全息术（Fresnel Incoherent Correlation Holography,FINCH）属于同轴全息系统,需要通过相移技术去除零级像和共轭像。通过对FINCH系统记录及再现过程的理论分析,根据系统点扩散函数推导出了n步相移数学计算公式,模拟仿真了相移步数n对FINCH系统成像质量的影响,并搭建了非相干光反射式数字全息记录系统,对模拟结果进行了实验验证。模拟仿真及实验结果表明:通过增加相移步数不能显著提高再现像质量;二步相移能够提高记录速度,通过去除原始图像和小波分解的方法可以抑制零级像,提高再现像质量;通过对三步相移每个相移全息图拍摄多次求平均值后得到的再现像与拍摄一次得到的再现像对比发现,随着拍摄次数的增加,得到的再现像质量越来越好,背景噪声大大减弱,再现像强度越来越大,为FINCH系统再现像质量的改善提供了新的思路和新的实验基础。     

多平面数字全息显微成像技术研究

为了同时获得多个平面的数字全息显微再现图像以延拓成像空间深度,提出一种多平面数字全息显微成像法。将预先设定参数的二次扭曲位相因子作用于实验记录的数字全息图,只需一次菲涅耳重建便可同时获得多个成像平面的清晰再现图像。首先依据菲涅耳成像系统的传递函数,推导了采用二次扭曲位相因子的成像传递函数,确定参数频域滤波的选取规则;然后将实验得到的数字全息图像进行频域滤波以消除直透光和共轭像;最后将二次扭曲位相因子作用于滤波后的全息图进行菲涅耳重建。与其他方法相比较,本方法只需一次重建就能同时得到多个平面的聚焦像,且重建距离可以任意选择,再现图像不受直透光和共轭像干扰。     

基于同轴菲涅耳全息的标识印刷防伪技术

在研究双随机相位数据加密技术的基础上,结合数字全息技术和印刷技术的特点,提出了一种新的同轴菲涅耳全息标识防伪方法,利用双随机相位加密复数数据信息(物光信息),与参考光叠加形成同轴全息图像。理论分析了同轴菲涅耳全息方法能有效地恢复原始图像数据,并对加密的同轴菲涅耳全息图像的强抗位压缩性能进行了仿真,最后通过打印和扫描对同轴菲涅耳全息标识的防伪功能进行了验证。结果表明,该全息标识防伪方法具有强的抗位压缩能力,可以通过逆菲涅耳变换和多重解密密钥恢复原始认证信息,是一种十分有效的全息标识。该全息标识方法可通过可变数据印刷技术印制在证件等印刷品中作为个性化防伪标识。     

非相干光照明数字全息实验研究

搭建了基于空间光调制器的非相干光照明全息记录系统,建立了系统的波动数学模型,获得了系统的点扩展函数、横向放大率以及再现距离的具体表达式。实验给出了分辨率板的相移数字全息图和重建像,然后对两个非荧光骰子进行全息拍摄,在不同平面实现了数字聚焦。给出了该系统下的彩色全息实验结果。结果表明这种非相干光照明全息系统可以快速获取三维物体的全息图,再现时结合相移算法可以得到无零级像和共轭像的高质量重建像。     

基于二值约束和相位恢复算法的计算全息水印

为了提高全息水印图的对比度,增强水印鲁棒性,基于信息光学理论提出一种新的计算全息水印方法。首先将计算全息图进行再现,去除相位并保留振幅信息;然后利用相位恢复的方法,用二值约束条件的相位信息对保留的振幅进行调制,经过反复迭代最终得到相位恢复的灰度全息图。通过仿真实验证明了该方法在JPEG压缩、剪切、滤波、加噪等几种常规攻击下有很好的鲁棒性。上述方法不仅提高了全息图的抗干扰性能,也比对计算全息图二值化丢失的信息量更少,大大提高了再现像的质量。可以有效地运用于一些数字产品的版权保护中。     

离轴数字全息零级像和共轭像的消除方法

为了提高离轴数字全息图的再现像质量,提出了一种消除离轴数字全息零级像和共轭像的方法。该方法通过对参考光进行一次π相移、记录两幅全息图,对两幅全息图作差后进行傅里叶变换,结合频谱滤波的方法用矩形窗函数从中滤出包含有物光波频率成分的频谱,然后对其进行数字再现。结果表明,在零级像和±1级像有重叠的情况下,该方法能有效地消除零级像和共轭像的干扰,有效提高再现像质量。     

太赫兹Gabor同轴数字全息记录距离实验研究

太赫兹Gabor同轴数字全息系统具有分辨率高和结构紧凑等特点,有潜在的应用前景。由于其系统横向分辨率与记录距离有关,因此研究实际成像系统中记录距离对成像结果的影响具有重要的应用价值。利用自制的分辨率分别为0.4mm和0.6mm的目标,进行了不同记录距离的2.52THz Gabor同轴全息成像实验,并通过角谱法实现数字再现。对再现像进行了对比分析,实验结果接近横向分辨率随记录距离变化的理论计算结果。