数字全息中几种消零级方法的比较及改进

数字全息再现像中,零级衍射的存在影响了再现像的成像质量。在对几种简单消零级方法利弊分析的基础上,提出了一种定域灰度值非线性变换法。该方法不需要其他光学元件和额外的操作,即可以增强全息干涉图像的条纹对比度,同时消除零级衍射和背景噪声。将其应用在全息干涉术测量物体微小位移的实验中,成功消除了零级衍射的干扰,获得了高对比度的干涉条纹,并实现了物体微小位移的高精度测量。     

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。     

数字全息图像处理技术研究

本文从理论和实验研究了数字全息图像处理技术。记录采用离轴数字全息光路,预处理算法采用数字相减法,再现利用菲涅尔变换算法做衍射数值计算。实验结果表明,本文的研究方法能成功获取数字全息图像并进行数字全息图像再现。     

离轴数字全息记录条件的研究

用振幅全息和菲涅耳衍射理论,分析离轴数字全息记录系统结构参数对数字全息再现的影响,并进行相应的实验验证。理论分析和实验研究结果都表明,如果记录物体和CCD的尺寸固定,记录物体和CCD之间的记录距离将直接影响数字全息再现像的分离状况和系统的分辨率,在保证再现像分离的前提下,缩短物体和CCD之间的距离将有利于数字全息再现像分辨率的提高。     

数字成像时间平均全息振动分析

提出用时间平均数字全息与数字成像相结合的技术测量物体的振幅场,在时间平均数字全息光路中引入成像透镜,使时间平均数字全息技术适用于大尺寸物体的振动分析。阐述了该技术的基本理论,设计了测量光路,并用圆形压电陶瓷片作了实验验证。实验结果表明,在相同条件下,使用数字成像时间平均全息技术记录和再现的数字全息干涉图与使用传统的时间平均全息干涉计量技术记录和再现的全息干涉图相吻合,比较两者的振幅计算结果误差很小。     

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。     

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。     

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。     

数字全息再现像的激光散斑消除的研究

由于数字全息图受到激光散斑影响,使得其再现像产生较为严重的噪音。通过详细分析激光散斑形成的原因,并提出了用同一物体的多幅全息图的强度再现像叠加来减小激光散斑的干扰。具体分析了该方法的原理：在记录全息的物体照明光路中加入一散射体,在散射体的M个不同位置记录M张同一物体的全息图,然后将M幅数字全息的再现像叠加,激光散斑噪音下降为M~(-1/2)。最后给出了实验结果。     

同轴数字全息自动聚焦与再现像的融合

由于数字全息采用相干光成像,当再现距离偏离焦点时,再现像的边缘会出现振荡现象,采用传统的清晰度评价函数不能准确实现自动聚焦。通过对再现像进行小波分析可以发现,偏离焦点时的小波变换高频系数的幅值比聚焦时要小得多。针对这一特点,对拉普拉斯算子和小波变换清晰度评价函数进行了改进,将原来利用高频系数之和改为利用聚焦窗口中高频系数的最大幅值为清晰度评价依据。为便于同时观察到数字全息三维空间内的目标,还提出了将不同层面上的再现像进行融合的算法。进行了模拟数字全息自动聚焦及再现像融合实验和用数字全息观察生物标本的实验。实验结果表明,改进后的清晰度评价函数可以准确实现数字全息的自动聚焦;提出的融合算法可以将数字全息再现后得到的一系列再现像融合到一幅图片中。     

数字全息图再现像的分析计算

用菲涅耳衍射和振幅全息的理论，分析了数字全息的物像关系和再现像的分辨率，并进行相应的数值模拟和实验研究。研究结果表明：数字全息的物像关系与传统振幅全息的物像关系是等同的，当用相同波长的准直光记录和再现数字全息图时。可以得到与原物完全相同的再现像，且再现光入射方向的变化仅使再现像位置发生平移。对其大小没有影响。数字全息的横向分辨率与传统成像光学仪器的分辨本领具有相同的物理意义。其大小主要取决于再现像位置处以CCD尺寸为窗口的衍射极限。模拟计算和实验测量的结果是完全吻合的，但在实际物体的记录中。由于噪声、照明光场的不均匀性、物光衍射光场的调制和CCD动态范围的影响，后者的误差比前者大。     

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。     

预放大相移无透镜傅里叶变换显微数字全息术的研究

利用菲涅耳衍射和全息理论 ,对预放大相移无透镜傅里叶变换显微数字全息术的记录和再现进行详细的理论分析和实验研究。其结果表明 :相移技术可以有效地解决数字全息再现像分离问题 ;预放大方法用透镜可以方便进行显微物体的放大 ;无透镜傅里叶变换全息术不仅可以降低数字全息采样条件的要求 ,而且在相同条件下可以记录物体更多的高频信息 ,上述三种技术的结合将是在目前CCD性能限制的条件下 ,提高显微数字全息再现像分辨率的有效途径。同时 ,也为高质量显微数字全息再现像的获得提供重要参考     

一种利用数字全息成像测量粒子周长的方法

为了实现粒子周长的自动测量,提出一种利用数字全息成像测量粒子周长的方法。首先,介绍了数字全息成像的基本理论。接着,给出了实验装置的结构图,并对全息再现中的自动聚焦算法进行深入研究,提出一种改进的基于小波变换的自动聚焦算法。最后,在全息再现像图像分割的基础上给出粒子周长测量的具体方法。实验结果表明,测量的海洋浮游生物周长尺寸为17.918 mm,相对误差为3.51%。这种粒子周长测量方法基本满足粒子周长测量的稳定可靠、精度高、抗干扰能力强等要求,对其他粒子形态特征参数的测量研究也具有重要的借鉴意义。     

无透镜傅里叶变换数字全息术的特点分析和讨论

利用传统全息的理论 ,分析了无透镜傅里叶变换数字全息记录和再现的方法及其相应的物像关系、记录系统结构参数对再现像分辨率的影响 ,并进行相应的实验验证。理论分析和实验结果都表明 :无透镜傅里叶变换全息术 ,不仅降低了数字全息对记录采样的要求 ,而且使再现像分辨率得到较大的提高。同时 ,在保证再现像分离的前提下 ,通过增大记录系统的数值孔径 (缩短记录物体到CCD和参考点源的距离 ) ,可以实现数字全息再现像分辨率的提高     

数字全息中基于优化Harris角点的相位拼接算法

针对数字全息技术中测量面积受限的问题,提出基于优化Harris角点算法的拼接算法实现相位的双方向拼接。在获取数字全息图像时,保证相邻区域具有部分重叠,再对获得的物体的各子孔径相位图像进行拼接;用Harris角点算法检测角点密集区域为匹配模板,可高效且精准地确定重叠区域,结合高斯尺度空间和金字塔匹配思想对算法进行优化,通过加权融合实现三维形貌的再现相位拼接。以玻璃样板为实验对象,完成了物体再现相位的双方向拼接。实验结果表明:该拼接方法能够有效扩大数字全息测量物体的测量面积,并保证了较高的拼接准确度。     

数字全息再现像质的影响因素分析

依据相干成像理论，从分析数字全息系统点扩散函数入手，研究数字全息系统中影响再现像质的因素。主要分析了对一给定的CCD和记录波长，记录距离对传递函数的影响，进而分析了对再现像像质的影响。得出了在满足抽样定理的条件下，应尽量使记录物体靠近CCD；给出了最小允许的记录距离数学表达式及相应的实验结果。实验结果证明了理论分析的正确性。     

数字全息多平面成像技术研究

提出了一种新的数字全息多平面成像技术:将非共轭二次扭曲位相因子作用于实验记录的数字全息图,只需一次菲涅尔衍射便可同时对多个成像平面进行重建。首先介绍了非共轭二次扭曲位相因子多平面成像原理,然后开展实验验证了方法有效性。此方法只需记录一幅处于多个不同平面物体的数字全息图,依据该理论选择合适参数,可在任意位置重建多个平面再现像。采用均方根误差(RMSE)与峰值信噪比(PSNR)作为图像质量评价标准,比较了不同再现距离的成像质量。文中提出方法在无需对光路进行对称设计的前提下,可同时对多个平面进行数字聚焦,延拓了菲涅尔数字全息重建图像的焦深。     

基于TV-维纳滤波的散斑噪声抑制

数字全息具备成像方便、分辨率高和实时观测等优势,已广泛应用于信息加密、显微观测、医学诊断、元器件测量等领域.但在数字全息成像中,散斑噪声严重影响了再现像的信噪比和成像分辨率,因此为了提高数字全息成像质量,迫切需要抑制再现像的散斑噪声.本文提出了一种基于TV模型和维纳滤波融合的散斑噪声抑制方法.仿真实验表明经该算法处理的再现像平滑效果好,去噪声能力强,和原图的相似度高.     

并行相移同轴数字全息偏振成像方法

为了研究并行相移同轴数字全息系统中偏振态传输的问题,提出考虑偏振的并行相移同轴数字全息系统的修正模型,并依据此模型提出偏振成像方法。首先,介绍了理想情况下并行相移同轴数字全息的原理,然后,介绍了考虑偏振的并行相移同轴数字全息修正模型,最后,基于此模型提出了实现偏振成像的方法。实验结果验证了模型的可行性,通过这种方法可以得到外表信息,成像分辨率可达到14μm。该方法扩充了数字全息系统的功能,通过该系统可以对物体的偏振态进行成像。