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。     

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。     

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。     

基于数字全息技术的光学实验探究

数字全息技术是一项融合了光学、电学、信息技术学科的综合性技术,具有传统光学全息不可超越的优点,笔者首先分析了数字全息技术的记录和再现原理,其次通过具体的光学实例展示了数字全息技术在光学实验中记录和再现的应用。     

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。     

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     

数字全息成像技术相关应用分析

或许很多朋友会把虚拟现实和数字全息技术搞混,事实上这两者是完全不同的。数字全息成像可以让用户不借助任何设备,看到逼真的虚拟图像,甚至可以操作。数字全息技术就是利用干涉和衍射原理记录并再现物体真实的三维图像的记录和再现的技术。     

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。     

计算机与光学相结合的动态彩虹全息研究

提出一种将数字全息术和传统光学全息结合的方法制作动态全息图。首先通过三维扫描仪获得实际三维物体不间姿态的物光分布数据，然后利用计算机全息技术获得高质量的二步彩虹中的主全息图H1，最后再用光学的方法得到彩虹全息图。该技术充分利用了计算全息技术的灵活性，同时解决了视角和白光再现的问题，获得了较好的实验结果。     

基于硅基液晶的空分复用彩色全息显示研究

彩色全息显示是全息显示的一个重要研究目标。研究了使用RGB三色激光的彩色全息显示技术,提出基于空分复用的彩色全息显示方法。全息光电再现像的成像区域大小和成像区域中心位置依赖于RGB三色激光的波长,通过调节RGB三色分量原图大小以及加载数字闪耀光栅实现RGB三色再现图像分量区域大小和成像中心的重合。基于空分复用的方法建立了彩色全息显示系统,最终的彩色全息显示系统利用空间光调制器加载计算生成的24bit全息图再现彩色图像。实验结果验证了该方法的可行性。     

影响数字全息再现像像质的因素分析

详细地讨论了CCD的感光像元、抽样间隔和感光面积这三个结构参量对数字全息再现像的影响,并分析了结构参量之间的相互关系.结果表明,CCD的三个结构参量不仅分别影响着数字全息图再现像的亮度、大小和分辨率,同时还与记录光路相关联并相互影响.在CCD的结构参量、物体大小及记录波长都确定的情况下,设计了最佳全息记录光路,使CCD的带宽得到了充分利用,获取的信息量也达到了极限.通过综合归纳,给出了充分利用CCD结构参量进行高质量数字全息记录的建议,并进行了实验验证.     

基于DaVinci技术数字对焦重构算法研究与实现

数字对焦光场成像技术是一种新型的计算成像技术,利用光学手段获取四维光场信息,通过重构二维空间信息和一维深度信息,达到先拍摄后对焦的目的。研究光场图像数字对焦重构算法,利用TI公司推出的DaVinci系列处理器DM6467对数字对焦重构算法进行硬件仿真,通过改变对焦系数,得到不同深度的对焦图像。同时,根据C64x+DSP核的特点,通过循环分解、项目级优化等方法对代码进行一定的优化,使代码执行效率提高了18倍左右,对实现光场成像系统的小型化和实时化具有重要的指导意义。     

Image improvement and three-dimensional reconstruction using holographic image processing

Holographic computing principles make possible image improvement and synthesis in many cases of current scientific and engineering interest. Examples are given for the improvement of resolution in electron microscopy and 3-D reconstruction in electron microscopy and X-ray crystallography, following an analysis of optical versus digital computing in such applications.     

Digital Imaging of Gamma-Ray Sources with Depth Information

A digital method for imaging gamma-ray emitting organs recorded through a Fresnel zone plate (FZP) aperture is described. This technique can be used in an almost real-time recording and imaging system to yield quantitative and qualitative cross-section and depth information of the source. Furthermore, this method avoids some of the problems introduced by the usual method of optical reconstruction. Experimental results of the recording of a multiplane gamma-ray source and the reconstruction of digitally and optically formed images are also presented.     

相移误差校正算法研究

重构光场的相位是光学干涉计量的基础和难点,相移技术是其中重要的方法,但相移误差在实验中是很难回避的,从而引起相位重构出现误差,所以如何消除或减少相移误差对相位重构的影响是受普遍关注的问题.文章分析了在常用的四步相移中相移误差对相位重构的影响,给出了相移误差与相位重构误差的关系式,并提出了一种在离轴数字全息情况下,先通过条纹拟合计算相移误差量,继而修正重构相位误差的方法.文章给出了模拟计算和实验结果,证明该方法是有效的.     

彩色数字全息波前重建算法概论

基于单色CCD记录彩色数字全息图的光学系统及衍射的数值计算理论,综合评述彩色数字全息波前重建的常用算法。对一种只适用于静态物理量检测的波前重建算法做了重要改进,不但消除了频谱混叠对重建光波场的影响,而且让该重建算法适用于动态物理量的实时数字全息检测。并将研究工作推广于彩色CCD记录彩色数字全息图的光学系统,给出了三色光照明下重建物体彩色图像的实例。     

Image deblurring using derivative compressed sensing for optical imaging application

The problem of reconstruction of digital images from their blurred and noisy measurements is unarguably one of the central problems in imaging sciences. Despite its ill-posed nature, this problem can often be solved in a unique and stable manner, provided appropriate assumptions on the nature of the images to be recovered. In this paper, however, a more challenging setting is considered, in which accurate knowledge of the blurring operator is lacking, thereby transforming the reconstruction problem at hand into a problem of blind deconvolution. As a specific application, the current presentation focuses on reconstruction of short-exposure optical images measured through atmospheric turbulence. The latter is known to give rise to random aberrations in the optical wavefront, which are in turn translated into random variations of the point spread function of the optical system in use. A standard way to track such variations involves using adaptive optics. Thus, for example, the Shack-Hartmann interferometer provides measurements of the optical wavefront through sensing its partial derivatives. In such a case, the accuracy of wavefront reconstruction is proportional to the number of lenslets used by the interferometer and, hence, to its complexity. Accordingly, in this paper, we show how to minimize the above complexity through reducing the number of the lenslets while compensating for undersampling artifacts by means of derivative compressed sensing. Additionally, we provide empirical proof that the above simplification and its associated solution scheme result in image reconstructions, whose quality is comparable to the reconstructions obtained using conventional (dense) measurements of the optical wavefront.     

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。     

数字全息波前准确重建的实验研究

为了得到数字全息图波前的准确重建场,采用常见的波前重建算法进行实验研究和理论分析,得到了物光波通过非单一介质传播时的等效距离,并利用该等效距离修改常用波面重建公式中的相关参量,与柯林斯公式对数字全息图进行重建的结果进行比较分析,发现当物光波通过非单一介质时,采用等效距离修正的重建公式或者柯林斯公式均能得到准确的数字全息再现像。结果表明,采用等效距离对数字全息图进行波前重建的结果与采用柯林斯公式重建的结果一致,此方法能够简化光波通过非单一介质时对数字全息图的波前准确重建。该研究结果可为显微数字全息及数字全息检测应用提供有益的参考。     

一种两步相移数字全息的设计与实验验证

为了快速有效地测量微小透明物体表面形貌，设计了一种基于Mach-Zehnder干涉仪的两步相移数字全息系统。该系统使用两个相同的CCD在不同距离同时采集干涉图像，利用光学相移单元在每个CCD记录的干涉图之间形成一个π的相移，然后通过光的空间传递函数及傅里叶变换给出了相位重建的算法。搭建了两步相移干涉光路，以微透镜阵列作为待测物体，验证了该系统的可行性。结果表明，该系统比四步相移法节省一半以上的时间，且能够达到与四步相移法相一致的相位重建结果。该方法对提高相位重建效率具有一定的帮助。