利用传统全息片实现合成孔径数字全息的研究

分析了传统全息片的微观结构,介绍了细光束成像和合成孔径数字全息记录、再现的基本原理,研究了利用传统方法拍摄的散射物体透射式、振幅型全息片实现合成孔径数字全息的方法,给出了实验结果。理论分析和实验结果表明,利用传统透射式、振幅型全息片,通过光学显微镜放大制作子数字全息图和合成孔径数字全息图,经计算机处理是可以得到完整再现像的,其性质与细激光束照射成像一致。用子全息图再现像的复振幅叠加方法和采用子全息图再现像的强度叠加方法均可实现合成孔径数字全息图的再现,且强度叠加方法的视觉效果要好些,但它们对缩小再现像中散斑的尺寸没有帮助。用子全息图拼接成的合成孔径全息图得到的再现像效果最好,可以缩小再现像中散斑的尺寸,信噪比、分辨率均有提高。要得到更好的再现像,需要用更多的子数字全息图拼接成尺寸更大的合成孔径数字全息图。     

合成孔径数字全息的记录、再现及实现

介绍了合成孔径数字全息记录和再现的基本原理，提出了相应的实现方法和技术方案。特别对合成孔径数字全息再现中的两类方法：用单参考光记录的子全息图数字再现光场复振幅叠加或强度叠加，以及用多参考光记录的子全息图数字再现光场复振幅叠加或强度叠加方法进行了详细理论分析和实验研究。结果表明，合成孔径技术是一种提高数字全息再现像的分辨率的有效方法。与传统的子全息图直接拼接的合成孔径数字全息再现方法相比，用子数字全息图再现光场复振幅叠加或强度叠加两种再现方法均可实现合成孔径数字全息的再现，并可显著提高再现像的分辨率，但强度叠加方法的记录和再现难度远小于前者。在实际中可以根据解决问题的要求和子数字全息图的记录情况选用。     

希尔伯特变换在同轴数字全息再现中的应用

为了克服2步数字全息需要记录多幅图像且在进行相移时理论相移值和实际相移值总存在误差的缺点,提出了一种用单幅同轴数字全息图再现物体真实像的方法。该方法利用希尔伯特变换可以实现数字相移并且可同时滤除直流分量的特点,通过对记录的全息图进行两次希尔伯特变换,即可依次得到没有0级分量的相移量为π/2的全息图和无相移的全息图,然后运用2步相移数字全息处理方法即可再现出原物体的像。结果表明,该方法能很好地再现原物体的像。     

CCD和电寻址液晶在全息位移测量中的应用

将CCD与电寻址液晶(EALCD)相结合,CCD作为记录介质,用于全息图和全息再现像的记录,EALCD则代替传统光学全息中曝光后的全息干板,用于数字全息图的再现。这种方法不仅避免了传统全息记录材料显影、定影等过程,也避免了全息材料非线性记录等缺点,并可以实现普通的数字全息较难实现的基于相位移法的位移测试。利用双曝光数字全息干涉法,在实验中对反射式被测物体生成的菲涅耳全息图进行了光学再现,并得到了准确的数据,验证了该方法的实用性。实验结果表明,CCD与EALCD相结合,可以实现数字全息图的光学再现,通过获得的干涉条纹,可精确测定物体位移量。     

基于立体匹配技术的数字全息三维形貌重构

针对数字全息对物体三维形貌的重构与测量,提出了一种将数字全息术与立体匹配术相结合的三维测量方法。首先利用离轴菲涅耳数字全息系统,采集三维物体的单幅离轴菲涅耳全息图;然后将获取的数字全息图分为两个部分,分别进行数值再现,可以得到两个再现像,两个再现像存在视差。最后利用立体匹配算法获取两幅视图再现像的视差,根据几何关系获取物体的深度信息,重构物体的三维形貌。实验中,分别对不连续物体和连续物体进行三维形貌的重构,得到了准确的三维物体深度信息。数值模拟和初步实验结果表明该方法有效可行。     

多三维物体菲涅耳变换数字实现方法

提出一种在同一张全息图上记录多个三维物体菲涅耳衍射分布的数字化编解码方法。首先利用一次快速傅里叶变换算法计算三维物体全息面上的物光波复振幅分布;然后对物光波数据预处理以克服频谱面上各三维物体数字频谱的混叠问题;最后控制不同的载频系数制作计算全息干涉图。数字再现通过在全息图数字频谱面的特定位置提取有效频谱分量,再计算离散菲涅耳逆变换的方法实现各原始三维物体的数字重建。仿真实验结果表明所提出的方法实现了不同制作参数的多个三维物体的同时记录,并且具有良好的数字再现质量,全息图制作参数如波长、再现距离、载频系数还可作为密钥,实现多个三维物体的加密存储。     

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。     

再现光对数字彩色全息图再现像质量的影响

基于色彩合成的数字彩色全息方法，研究了不同波长的再现光对数字彩色全息图再现像质量的影响。引入了偏移因子，进一步分析再现光对再现像的影响。在保证再现光与记录光波长相同的条件下，三基色全息图的分色再现像能够准确重合，并经过色彩合成可获得原物体清晰的彩色再现像。理论推导和实验结果证明：该方法对消除色串扰有很好的效果。     

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。     

改善数字全息再现像质量的背景强度补偿法

为了完全消除CCD背景噪声和杂散背景光对数字全息再现像质量的影响,在全息图强度分别减去参考光波和物光波强度相减法和全息图强度分别减去参考光波和物光波强度及CCD背景噪声相减法的基础上,提出了改善数字全息再现像质量的背景强度补偿法。介绍了背景强度补偿法的原理,并实验对比了全息图的直接再现像及应用背景强度补偿法对不同背景强度下获得的全息图处理后的再现像。结果表明,背景强度补偿法显著地改善了再现像质量,降低了对数字全息图记录环境的要求。     

激光阵列光源角度多样性抑制散斑方法

搭建测试系统,对宽面源单管半导体激光器（LD）和其组成的二维阵列光源的远场散斑特性进行了测量。使用方形光阑对激光二极管发出的照明光斑进行选择,测试不同位置的光斑的散斑对比度,实验结果表明随着光阑的移动,不同位置处光斑的散斑对比度没有明显的变化趋势,光斑的散斑对比度与光斑的选择区域无关。实验中使用4颗LD组成二维阵列光源引入非相干光源和角度多样性,调节LD与屏幕之间的距离改变相邻LD入射至屏幕的光的夹角,固定CCD物镜相对屏幕的张角,实验结果表明只有当入射光夹角大于物镜相对屏幕张角时,测试的散斑对比度会降低一个1/M^1/2因子。     

基于任意偏振态的数字全息散斑去噪

数字离轴全息图重建的物体图像会有明显的散斑噪声,本文利用降低相干度的方法来实现散斑去噪。具体方法是通过任意偏振态的物光和线偏振态参考光实现干涉记录,通过这些光场进行平均处理可以有效减少数字全息中产生的散斑噪声。通过控制三个波片的旋转实现任意偏振态,得到多种偏振态下的全息图,多偏振态下重建物体图像的散斑对比度各有不同,对各个重建图像进行对比分析得到最优结果。之后再将各偏振态下的全息图叠加进行重建,重建图像中的散斑噪声得到很好的抑制且比单偏振态下效果更好。从实验结果的分析中能看到这种方法对抑制散斑噪声的有效性。     

基于相位重构的计算全息再现光场中噪声的消除方法

由于量化噪声、胶片中有大量微小颗粒等原因,用CGH再现的光场中往往有散斑噪声。为了消除散斑噪声,文章提出了一种新的处理思路和方法:不是刻意去获得低噪声的再现光场,而是用数字全息技术重构再现光场(包括散斑噪声)的振幅和相位,继而从再现光场中消除散斑噪声,得到高质量的再现光场。实验结果表明,即使在散斑噪声很大的情况下用该方法得到的光场依然是令人满意的。     

反射式离轴数字全息再现像中的噪声抑制

为了抑制反射式离轴数字全息再现像中的零级像和散斑噪声对再现像的影响,利用高斯核函数在空域对数字全息图进行低通滤波,再用原数字全息图减去滤波后的低频信息来抑制零级像,采用非局部均值滤波来抑制散斑噪声。实验结果表明空域高斯核函数处理法能有效地抑制零级像,非局部均值滤波可以抑制散斑噪声但对部分细节的保持能力不强,改进后的非局部均值滤波在抑制散斑噪声的同时能很好地保护细节信息,提高了离轴数字全息再现像的质量。     

激光投影显示中新型散射体的散斑抑制

激光的强相干性造成了激光投影显示中出现大量干涉条纹和散斑,为了消除干涉条纹和散斑对图像质量的影响,采用旋转新型散射体(Engineered DiffuserTM)的方法在一定积分时间内获得叠加的清晰图像。首先,介绍了激光投影显示中散斑的成因及采用时间平均抑制散斑的理论依据。接着,分析了传统散射体毛玻璃和Engineered DiffuserTM在结构及功能上的区别。最后,建立了旋转新型散射体抑制散斑的激光投影显示实验装置,对比验证了旋转新型散射体抑制散斑的效果。实验结果表明:散斑对比度降低到3.08%,图像质量良好,无明显干涉条纹。该方法满足商用激光投影显示体积小、简单易行等要求。     

基于多次滤波技术的单次曝光三维物体数字全息

为了改善数字全息重构像质量以达到可实际利用的目的,首先采用以马赫-曾德尔干涉仪为基础的三维物体全息实验光路,运用单次曝光的方法,记录了真实三维物体的数字全息图。由于对该全息图直接计算得到的重构像,受零级衍射光斑和散斑噪声的影响较大,使得重构像质量难以令人满意。为此采用了一套独特的多重滤波数字图像处理方法,即综合运用小波分析与收缩加权平均滤波对实验获得的数字全息图及其数字重构像进行滤波处理,成功地消除了数字重构像中的零级衍射光斑、减小了散斑噪声的影响,得到逼真的三维物体重构像。实验结果表明,该方法简便、实用,可显著提高三维物体重构像的质量。由于采用单次曝光,无需记录多幅图像,此方法便于在实时图像分析处理等领域中应用。     

基于时空域退偏的数字全息成像去噪研究

为了抑制全息记录过程中的散斑噪声,采用一种通过降低相干光源相干性的方法,并进行了理论分析和实验验证。利用旋转二元波片进行退偏,在10s内记录70幅全息图进行平均化降噪; 同时利用毛玻璃对相干光进行空间退相干,降低了光源的相干性从而降低了散斑噪声。将单独采用时间退偏操作的重建图像与单独采用空间退偏操作的重建图像以及两者相结合的重建图像进行了对比。通过实验验证了所提方法的可行性,通过分析频谱比较证实了几种方法,利用信噪比直观地证实了几种方法的有效性。结果表明,时间、空间退偏结合对散斑噪声的抑制有着明显的优势,空间退偏的重建像的信噪比为0.4459,时间退偏的重建像信噪比为1.5155,而两者结合后的信噪比为1.7162,采用时间退偏以及空间退偏叠加的方式有效地抑制了相干噪声。该实验为研究数字全息成像的过程中由于光源相干度过高带来的散斑噪声干扰的问题提供了一个有效的抑制方法。     

激光双脉冲DSPI系统性能分析Ⅰ:误差及控制

分析研究了动态散斑相关条纹图的数字化、量化、空间相移误差及散斑随机噪声等因素对双脉冲激光数字散斑干涉系统位相重建精度的影响,并提出了控制测量误差的方法。     

Robust three, dimensional surface contouring method with digital holography

Nowadays digital holography (DH) is applied to thethree di mensional surface contouring,duetoits non-con-tact advantage[1-5].Moreover ,when a lensless Fouriertransform arrangement with the short-coherence lightsourceis employed in a DHrecording system,not…