数字离轴无透镜傅里叶变换全息重建方法研究

为了提高再现像质量,对数字全息常见算法进行了比较研究.根据全息理论和线性系统理论,研究了利用菲涅耳近似法和基于瑞利-索末菲衍射积分的卷积法数值重建离轴无透镜傅里叶变换全息的方法,并做了计算机模拟.结果表明,在记录距离很短的情况下,尽管记录距离不满足通常的菲涅耳近似条件,菲涅耳近似公式仍然成立;自由空间脉冲响应的快速傅里叶变换在不同的记录距离性质不同,由瑞利-索末菲衍射积分利用卷积方法得到的再现像质不理想;对于离轴无透镜傅里叶变换全息显微来说,菲涅耳近似重建方法优于卷积方法.     

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。     

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     

数字全息重建像质量影响因素的模型仿真与分析

重建像质量的优劣是衡量数字全息成像最主要的标准.针对影响重建像质量的三个主要因素:参物角、CCD像素间距和再现距离,采用离轴全息记录与菲涅尔衍射近似重建算法对数字全息记录与再现过程进行了模型仿真,系统地探讨了各个因素对重建像质量的影响.通过仿真和分析获得了CCD像素间距和再现距离的参数范围以及参物角最大允许值,为具体实验验证提供了理论依据和操作指导.仿真实验结果表明,只有当参物角在最大允许值以内,选取合适的CCD像素间距和再现距离参数才能再现出清晰的重建物像.     

基于角谱衍射的离轴数字全息数值重建理论分析

分析了离轴数字全息的频谱分布，基于角谱衍射的方法进行离轴数字全息的重建，并通过频域滤波去除零级像、共轭像。理论分析表明该方法可用于离轴数字全息的准确重建。即使在菲涅耳近似不满足的情况下，该方法依然有效．可进一步用于数字全息的多平面和多角度的重建。     

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。     

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。     

三维物体菲涅耳计算全息图的研究

介绍一种用计算全息显示三维物体的方法.记录三维物体在非相干白光照明条件下两个正交方向上不同视角的一系列连续二维像,根据计算机断层成像原理,由这些二维像计算出物体的三维傅立叶频谱,从中提取出一特征傅立叶频谱,用卷积算法计算出在一定传播距离处的菲涅耳衍射分布,用计算全息编码方法制出一张菲涅耳计算全息图,并进行模拟再现,给出了不同再现距离处的再现像.     

利用数字全息和相位恢复算法实现信息加密

提出了一种基于数字全息技术和相位恢复算法的信息加密方法。运用相位恢复算法得到数字全息图的纯相位频谱分布,实现了对全息图的加密;对纯相位频谱分布实施逆傅里叶变换(IFT)则可以得到解密后的全息图。利用菲涅耳近似法和卷积法对解密后的全息图进行数字重构得到了再现像。该加密方法区别于常用的随机相位加密方法,不再需要制作随机相位板。实验结果表明,该加密方法既适用于对二维图像加密,也适用于对三维物体进行加密。     

数字再现三维物体菲涅耳计算全息的研究

提出了一种用计算机产生和再现三维物体离轴菲涅尔（Fresnel)全息图的数字方法。采用Born近似法则建立了理想三维的物体模型；利用博奇（Burch)编码方法制作了此三维物体的计算全息图。通过卷积和快速傅立叶变换（FFT）的方法计算衍射积分，以数字聚焦的方法进行再现，通过改变再现距离，获得了三维物体各截面的再现像。直接利用数字滤波技术消除了虚像和零级像，得到了清晰的实像，给出了此三维物体的计算全息图及其不同截面的数字再现结果。     

Improving displayed resolution in convolution reconstruction of digital holograms

In digital holography,the hologramis recorded by aCCDor CMOSandthe holographici mageis numericallyreconstructed by a computer.Compared with conven-tional holography,digital holographycan be usedtosi m-ultaneously obtain the amplitude and phase information…     

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.     

Research on Reconstruction Algorithms in 2.52 THz Off–axis Digital Holography

To eliminate the diffraction effect on Terahertz (THz) imaging and improve imaging system performance, digital holography has been investigated. The size of the common THz digital hologram and the recording distance are in the same order of magnitude, which does not satisfy the Fresnel approximation conditions. Meanwhile, diffraction has a great impact on free–space propagation behavior. So the research of the influence on reconstruction performance with different reconstruction algorithms is necessary. In this paper, the numerical simulations of the recording and reconstruction process of 2.52 THz off–axis digital holography imaging have been done, and the reconstruction performances of Fresnel angular spectrum algorithm, Rayleigh–Sommerfeld convolution algorithm and angular spectrum algorithm have been compared and analyzed as the reconstruction reference wave is different. The real experimental reconstruction results have also been presented.     

离轴菲涅尔全息图的数字再现

分析了离轴菲涅尔全息网的数字再现过程中照明光的角度参数对再现像质量的影响,提出了通过分析全息图的空间频谱结构自动提取最佳照明光方向参数的方法,进而应用MATLAB实现了数字离轴菲涅尔全息图的自动再现,其中参考光的角度参数是通过分析全息图的空间频谱结构自动提取的,数字再现像面的精确定位则可以通过自动聚焦算法来实现,并利用数字全息记录和再现过程中得到的物距参数准确标定了图像传感器的像素尺寸,给出了有关理论分析及实验结果。     

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。     

Tomographic image reconstruction from a limited number of projections

This paper addresses the reconstruction of a function from its rectangularly sampled Radon transform. After reviewing the Radon transform sampling requirements and describing a convolution/backprojection reconstruction algorithm, two basic issues are addressed. First it is shown that even when the Radon transform of an image is adequately sampled (in the Nyquist sense), the standard convolution/backprojection algorithm may lead to a poor reconstruction unless the Radon transform is first reconstructed to a required set of projections. Secondly, when the Radon transform is undersampled in projections, reconstruction approaches are illustrated which span the range from those which achieve a high uniform-resolution reconstruction with large amounts of aliasing artifacts to those which achieve a low nonuniform-resolution reconstruction with virtually no aliasing artifacts. Reconstruction filters which seek a compromise between those two extremes are defined.