数字全息技术研究进展及应用

本文对数字全息技术的历史和发展做了简要回顾,分析了数字全息技术在现阶段存在的问题,介绍了数字全息技术在消除零级衍射像干扰、提高再现像分辨率等方面的研究进展,对数字全息在各方面的应用研究状况作了简要介绍。     

基于红外光照明的数字全息粒子场成像（特邀）

在数字全息粒子场成像中,粒子衍射的孔径角很小,重构时具有很长的焦深,造成轴向定位精度远低于横向定位精度。增大照明波长,相当于增大粒子孔径角,因此可得到更高的轴向定位精度。采用红外相干光源照明粒子场,在不提升算法和系统复杂度的前提下提升数字全息粒子场重构的轴向定位精度。从理论上分析数字全息粒子场重构中焦深与轴向定位精度的关系,并分别仿真分析绿光、红光及红外光照明时的粒子场全息重构,分别开展了基于这3种光源的聚苯乙烯微球粒子场全息成像实验。仿真和实验结果研究表明,相比红光,红外光源使焦深减小了约19%,而相比绿光,焦深减小了约39%。增加波长可以减弱离焦像的层间干扰,从而提高了轴向定位精度。     

菲涅耳数字全息在图像加密中的应用

基于小波变换和光学菲涅尔变换原理,提出一种新的数字水印算法。首先,原始的水印图像经过离散菲涅尔变换转化成数字全息图,并对数字全息图进行灰度变换;再对宿主图像进行一层小波分解;最后将变换后的数字全息图嵌入到宿主图像较大的小波系数中。实验结果表明,该水印算法具有较强的鲁棒性,能抵抗较大的剪切、有损压缩和滤波等攻击。     

太赫兹数字全息成像的研究进展

随着太赫兹成像技术的发展,人们对太赫兹成像系统的成像性能如分辨率、成像速率、成像维度等均提出了越来越高的要求。为了消除衍射对太赫兹成像的影响,提高太赫兹成像系统所能达到的性能指标,许多学者已针对太赫兹数字全息技术进行了研究。首先对太赫兹数字全息的基本原理进行了概述,阐述并分析了目前国内外有关太赫兹数字全息成像的研究进展,这些研究显示太赫兹数字全息技术在提高成像分辨率、扩展成像维度等方面具有很大的发展潜力,且具备实时成像的能力,具有十分广阔的应用及发展前景。     

数字全息粒子图像测速技术应用于旋转流场测量的研究

将数字全息粒子图像测速(DHPIV)技术应用于旋转流场的三维空间速度测量当中。提出了一种新的焦平面定位方法,即综合灰度梯度法,对数字全息中粒子的焦平面进行精确定位,获得了粒子的空间坐标。针对数字全息粒子图像测速技术中的粒子匹配问题,采取三维互相关算法对流场中的示踪粒子进行空间匹配。将基于综合灰度梯度法和三维互相关算法的数字粒子图像测速技术运用到旋转流场全息图中,获得了局部的三维可视化速度场,与理论模型吻合很好。结果表明,该技术能够很好地应用于旋转流场的测量研究当中。     

Tukey窗切趾全息图用于粒子场在焦位置测量的实验研究

提出采用能量透射率较大、频谱旁瓣峰值和旁瓣衰减斜率较小的Tukey窗对粒子场数字全息图进行切趾处理.分析了在焦位置测量和Tukey窗切趾粒子场数字全息图的原理.实验记录了附着于玻璃板表面的微小单层粒子场的数字全息图,采用Tukey窗对其切趾后进行数值再现.实验结果表明,全息图切趾后的再现像中已不存在黑白相间的干涉条纹,衬比度增强,再现粒子像更清晰,处于边缘区域的再现粒子像几乎被切趾孔径所淹没;随着窗函数切趾参量的逐渐增大,可更准确地确定单层粒子场的在焦位置,提高粒子场在焦位置的测量精度.     

微射流粒子场的同轴Fraunhofer全息测试

利用超短脉冲激光作为记录光源可以在瞬间将高速运动微粒“冻结”的原理,建立了同轴Fraunhofer远场全息测试系统,研究了在爆轰加载下物质的微射流现象。获取了清晰的高速运动微射流粒子场的全息图,通过激光再现给出了微射流粒子的分布、形状、尺寸速度等信息。     

数字全息显微中的自动聚焦

为实现快速、准确的自动聚焦,采用理论分析和实验验证相结合的方法,对显微数字全息自动聚焦所采用的数值重建算法、全息图零级谱滤除和聚焦评价函数等相关问题进行了研究。结果表明:菲涅耳变换重建算法完全可以用于数字全息自动聚焦中;全息图零级谱的滤除使得基于菲涅耳变换算法的自动聚焦过程无法实现;灰度方差函数、傅里叶频谱加权对数函数和标准偏差相关函数可以有效地用于显微数字全息数中的自动聚焦,其中傅里叶频谱对数函数计算时间最短,是首选的聚焦评价函数;利用再现像光场中部分区域作为聚焦判断依据,可以大大缩短自动聚焦时间。     

基于霍夫变换的数字全息粒子尺寸测量

提出一种基于霍夫(Hough)变换的数字全息粒子尺寸测量方法.该方法是先对粒子场全息图的数字再现像进行聚焦像合成、图像边缘提取处理后,再通过Hough变换圆检测得到粒子尺寸大小和位置信息,实现粒子信息的测量.分别对2D粒子场和3D粒子场进行了计算机模拟,并以直径为90μm标准粒子为研究对象进行了实验研究,测量绝对误差为6μm.研究结果证明了该方法的可行性.     

测量粒子场的红外激光同轴全息技术

采用同轴全息技术诊断粒子场时,粒子尺寸过小会影响再现粒子统计的精度,而粒子场分布密度过大会影响全息图像的记录质量.针对可见光同轴全息中出现的微小粒子分辨和光透过率弱等问题,提出采用红外激光进行粒子场诊断的方法.数值模拟了红外激光与绿光激光记录小粒子的情况,分析结果显示:红外激光将小粒子的再现像放大,信息光增强,有利于小粒子的记录;实验验证了红外激光透过高密度物场的能力明显高于绿光激光.从而表明采用红外激光同轴全息技术进行小尺寸、高密度粒子场的实验诊断具有一定的优势.     

全数字全息术在音频信息加密中的应用

文章提出将全数字全息术应用于音频信息加密。先将一维音频数据读入并保存为二维图像数据,对此图像数据应用全数字全息术进行信息加/解密,从而最终达到音频信息的加/解密,并给出结果以及结果分析。可以看出,应用基于光学原理的全数字全息术在音频信息加/解密方面取得了比较好的效果。     

数字全息技术在温度场测量中的应用

温度的微小变化必然会引起空气折射率的微小变化,进而影响通过该区域光的相位。采用迈克耳孙干涉仪与数字全息技术相结合的技术方案,实现对温度场分布的测量。借助数字视频技术,该技术架构可直接推广用于测量透明介质的流场分布及变化过程,如气流或水流中的密度分布以及变化过程等。     

离轴全息摄影在雾化粒子场研究中的应用

用双脉冲红宝石激光全息摄影仪以离轴全息摄影法应用于水雾化粒子场可成功地获得其全息图。再现离轴全息图可清楚地看到粒子场的三维图象。本文介绍了离轴全息摄影的方法,分析了全息摄影的透射式离轴光学系统,同时也介绍了粒子场全息图的数据处理。     

基于数字全息技术的材料表面特性测量研究

数字全息应用于对透明材料表面特性测量研究。在本文中,建立了一个测量透明材料表面特性的数字全息图记录系统,可以获得高质量的透明物体的数字全息图。经过对全息图进行后处理和最小二乘法解包裹算法获得透明物体的相位重建图。可以测定材料的表面特性,并对其进行三维可视化显示。利用NanoMap500Ls作为验证试验,验证试验的结果表明数字全息在测量透明材料方面是一个可行的测量工具。     

ADV-JP2000及其在数码相机中的应用

ADV -JP2000是AnalogDevice公司为新的静止图像压缩标准JPEG2000而生产的专用压缩芯片 ,该芯片可灵活应用于各种静止图像压缩场合。文中主要介绍了ADV -JP2000的工作过程 ,给出了用ADV -JP2000为处理核心的数码相机系统的设计方案     

数字合成全息系统中空间光调制器DMD的研究

研究了数字合成全息系统(DSHS)中数字微反射器(DMD)的光学反射衍射混合的性质,解释了入射光入射角度任意性而不必拘泥于20°的原因,对DMD反射衍射混合成像的特性从其微结构角度进行了分析,特别注意了微反射镜的镜轴方向对图像成像区域和图像灰度的影响。针对DMD的性质设计了实验并得出了结果,用DMD作空间光调制器(SLM)实现了DSHS的设计。     

电子全息在微磁场测量中的应用

本文介绍了电子显微术测量磁场的原理和优点，并结合几个有代表意义的例子说明在测量微磁场中的应用。     

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.     

A novel algorithm of multi-sensor image fusion based on wavelet packet transform

In order to enhance the image information from multi-sensor and to improve the abilities of the information analysis and the feature extraction, this letter proposed a new fusion approach in pixel level by means of the Wavelet Packet Transform （WPT）. The WPT is able to decompose an image into low frequency band and high frequency band in higher scale. It offers a more precise method for image analysis than Wavelet Transform （WT）. Firstly, the proposed approach employs HIS （Hue, Intensity, Saturation） transform to obtain the intensity component of CBERS （China-Brazil Earth Resource Satellite） multi-spectral image. Then WPT transform is employed to decompose the intensity component and SPOT （Systeme Pour I＇Observation de la Therre ） image into low frequency band and high frequency band in three levels. Next, two high frequency coefficients and low frequency coefficients of the images are combined by linear weighting strategies. Finally, the fused image is obtained with inverse WPT and inverse HIS. The results show the new approach can fuse details of input image successfully, and thereby can obtain a more satisfactory result than that of HM （Histogram Matched）-based fusion algorithm and WT-based fusion approach.