基于加密傅里叶变换全息印刷防伪技术研究

在研究双随机相位数据加密技术的基础上,结合印刷技术和全息技术的特点,提出了一种基于傅里叶变换印刷全息标识防伪方法。该方法将二值认证图像经过输入面和频谱面上双随机相位加密模板调制生成的物光,与参考光叠加生成加密的傅里叶变换全息图,该全息图可生成印刷全息防伪标识。通过打印和扫描实验验证了加密的傅里叶变换全息标识,可以通过数字印刷技术印制在证件等印刷品上作为防伪标识,具有重要的实用意义。     

基于全息图放大的数字全息显微结构测量

针对典型预放大数字显微全息光路中存在的二次位相误差,本文设计了基于全息图放大的数字全息显微光路。此设计中,光束首先照射透明显微物体,然后与平行参考光干涉,形成全息图,最后经显微镜获得放大的全息图。这种光路从系统上直接消除了主要由球面波引起的位相畸变,有利于数字处理及实时化。作者以位相光栅(30 lines/mm,槽深约0.3 µm)作为实验样本,对此光路进行了分析研究,并分别用菲涅耳近似法和卷积法再现单幅全息图,同时获取了物体的强度信息和三维位相信息,位相深度的计算结果为0.27 µm。结果表明本文设计的光路对二次位相产生的离焦误差有明显的抑制作用。     

全息扫描镜直线扫描分析及像差校正

介绍了全息扫描镜的原理,给出了等空间频率分布及变空间频率分布的全息扫描镜结构.基于全息图相位及相位传递函数方法,分析了全息扫描镜产生直线扫描条件,推导出记录子全息图各参数之间的关系,得出了利用短波长光记录子全息图,用长波长光再现,实现线性扫描的结果.提出了由于波长移动引起的像差校正方法.分析了摆动与偏心对扫描特性的影响.简介了所设计的变空间频率分布的全息扫描镜.     

基于数字全息的单透镜表面轮廓检测

为了对光学元件的三维面型进行检测,提出了用数字全息的方法实现单透镜的非接触无损、高效率检测。首先构建了离轴透射式数字全息系统,采用角谱算法对数字全息图进行再现,然后采用HRO相减法消除零级衍射干扰像,提高全息图质量,利用最小二乘法对相位进行解包裹,进而获取透镜的三维轮廓信息。实验结果表明,数字全息技术能有效获取光学元件表面轮廓信息。     

基于菲涅耳近似实现数字全息相位再现的误差分析及抑制

探讨了菲涅耳近似算法实现数字全息相位再现的误差及抑制技术.理论分析了基于菲涅耳近似算法实现全息相位再现所包含的误差项,计算机模拟了数字离轴全息图的记录和相位再现结果.在此基础上,模拟分析了离焦误差、数字再现光波误差及样本深度对相位再现的影响.针对记录参考光波和光学器件所引入的相位误差及其不定性,提出了利用相位相减全息图处理方法加以消除,并给出了实验结果加以验证.模拟分析结果表明,菲涅耳近似算法误差、离焦误差、数字再现光波倾斜误差、解包裹错误对相位再现结果都有不同程度的影响,相位相减全息图处理方法可以减小再现相位误差至0.4%.对记录过程、再现参数选择和处理方法都进行严格控制或适当选取,可得到高精度的再现结果.     

数字全息相位再现误差分析及抑制技术

为实现基于数字全息的三维轮廓测量,本文探讨了菲涅耳近似算法实现数字全息相位再现的误差及抑制技术。首先理论分析了基于菲涅耳近似算法实现全息相位再现所包含的误差项,然后计算机模拟了数字离轴全息图的记录和相位再现结果,在此基础,模拟分析了离焦误差、数字再现光波误差及样本深度对相位再现的影响。针对记录参考光波和光学器件所引入的相位误差及其不定性,本文提出利用相位相减全息图处理方法加以消除,并给出了实验结果加以验证。模拟分析结果表明,菲涅耳近似算法误差、离焦误差、数字再现光波倾斜误差、解包裹错误对相位再现结果都有不同程度的影响。若获得高精度的再现结果,对记录过程、再现参数选择和处理方法都要进行严格控制或适当的选取。     

大视场线扫描共聚焦全息显微成像

传统显微成像一般记录样本的强度信息,对于半透明或相位组织成像对比度较差.为实现相位组织非荧光标记成像,采用线扫描共聚焦全息成像方法,在线扫描共聚焦成像的基础上增加一路参考光,在共聚焦狭缝处形成离轴像面数字全息,通过控制样本的移动实现对样本的扫描,将获得的干涉线合成为二维全息图,通过频域滤波的方式获得振幅与相位分布,采用...     

采用KNSBN:Ce光折变晶体同时记录物体的两种全息图

由于KNSBN：Ce光折变晶体对He－Ne激光有较强的非线性效应，在双光束耦会放大中有较大的耦合放大系数，在全息记录中又可达到较高的衍射效率，且易生长，加工，又由于He－Ne激光的实用性和稳定性，因此KNSBN：Ce光折变晶体在全息存储等方面将会得到更普遍的应用。无论是透射或反射的体积全息图，当全息图再现时，只有满足布喇格条件，全息图才可以产生一个再现象，在通常的全息记录条件下，若不采用特别的措施一般难以同时制作透射和反射全息图，因此也无法同时得到这两种全息图的两个再现象。在使用KNSBN；Ce光折变晶体的全息实验中，我们发现：由于晶体内表面的反射，人射的物光除大部分透射外，还有小部分反射。这束反射光虽然相对其人射物光或参考光而言很弱，但是在一定的条件下，这束微弱的反射物光仍然可以在和参考光的双光束耦合中得到放大并形成具有较高衍射率的全息图。在文献”‘中我们已分析讨论了利用晶体的人射光以及由晶体内表面的反射光作为泵浦光简单地产生相位共扼光的方法。这里我们进一步提出，用KBSBN：Ce光折变晶体作为全息记录介质可以在记录物体反射全息图的同时，又记录物体反射光而产生的透射全息图．     

三维物体全视差全息体视图的快速计算

针对传统全息技术对三维数据源要求高、计算量大以及实现速度慢等问题,提出了一种三维物体全视差全息体视图的快速计算方法。该方法对全息面和再现面分别进行空间分割和频谱采样,通过迭代傅里叶变换算法计算多个基元全息图,叠加构成全息图单元。由摄像机获取三维物体不同角度的二维视差图像,基于人眼双目视差立体视觉原理,构建视差图像与全息图单元的对应关系。最后,利用全视差图像调制全息图单元中对应衍射方向的基元全息图,快速合成三维物体全视差全息体视图。基于液晶空间光调制器构建的光学系统对全息体视图进行了再现实验。结果表明,与传统全息图计算方法相比,本文方法容易获取数据源,计算量较小,能够快速计算全息体视图,实现三维物体不同视角图像的再现。     

加密同轴全息数字水印

在研究数字全息技术的基础上,提出了一种新的加密的同轴全息数字水印方法。该方法包括加密和解密两个过程。加密过程首先将原始二值水印图像经过输入面和频谱面上分别放置随机相位模板进行调制加密,生成加密的复数图像,将其作为物光信息,再与参考光信息叠加生成同轴全息图像,然后将其作为水印嵌入到载体图像中;解密过程是加密过程的逆过程,水印重建不需要原始图像的参与,属盲检测过程。在理论分析部分证明了该水印技术的有效性,在仿真实验部分证明了该水印技术具有抗随机噪声干扰、剪切干扰、有损压缩和低通滤波等常见的干扰能力。文中还详细研究了全息数字水印的嵌入强度及对应恢复水印的效果。     

Digital double-pulse holographic interferometry using Fresnel and image plane holograms

Different arrangements for digital double-pulse holographic and speckle interferometry for vibration analysis are described. In the case of digital double-pulse holographic interferometry, two separate holograms of an object under test are recorded within a few microseconds using a CCD camera and stored in a frame grabber. The phases of the two reconstructed wave fields are calculated from the complex amplitudes which are obtained by digital reconstruction of the wavefront produced by the hologram. The deformation is obtained from the phase difference. In the case of ESPI (or image plane hologram) the phase can be calculated by using the sinusoid-fitting method or the Fourier method. Using three directions of illumination and one direction of observation, all the information necessary for the reconstruction of the three-dimensional deformation vector can be recorded at the same time. Applications of the method for measuring rotating objects are discussed, together with the derotator needed.     

无零级衍射分量的高带宽离轴数字全息

提出了一种消除零级衍射分量对离轴数字全息影响的方法以提高离轴数字全息的有效空间带宽。该方法在大的物参光强比记录条件下,用预先记录的参考光强对全息图进行归一化,并做对数变换和一维离散希尔伯特变换去除零级衍射分量。然后,通过指数变换恢复出物波光场,从而实现无零级衍射分量的高带宽离轴数字全息。从理论上对方法原理进行了分析,给出了基于有限脉冲响应的一维离散希尔伯特变换算法。最后,通过实验对本文方法进行了验证,并讨论了光强比对零级衍射分量抑制效果的影响。结果表明,无论零级与一级衍射谱是否发生混叠,当参考光强度比物光强度大5倍以上时,采用本文方法均可以有效去除零级衍射分量的影响。     

数字全息术用于光学元件表面缺陷形貌测量

利用像面数字全息显微术对光学元件表面缺陷的三维形貌测量进行了理论及实验研究。设计并搭建了相应光路系统记录全息图,采用角谱算法数值重建物光场,通过相位修正消除了系统误差引入的波前畸变,获得了经过待测光学元件表面缺陷调制的物光相位分布,并根据建立的相位分布与表面缺陷面形的关系模型计算得到缺陷三维形貌。实验以多个划痕和麻点等常见表面缺陷作为测量对象,分别获得了它们的三维形貌,以其中一条实际宽度为35μm、深度为270nm的划痕为例,测量得到该划痕的宽度为35.21μm,平均深度为267.6nm,与真实值相比,横向测量误差为0.6%,纵向测量误差为0.9%。实验结果证实该测量方法是有效、可靠的,能够准确测量光学元件表面缺陷的三维形貌,因而有助于判断光学元件损伤程度以及分析缺陷对系统波前的影响,对保障高功率激光装置的安全正常运行有重要意义。     

Method of Increasing the Spatial Resolution in Digital Holographic Microscopy

A new method of increasing the spatial resolution in digital holographic microscopy is considered. The method is based on supplementing the initial hologram with results measured in the case of photodetector shifting in space by a value smaller than the resolution used. In contrast to other known approaches, this method does not require a system of equations to be solved.     

数字全息三维显示关键技术与系统综述

三维全息显示能够表现出与真实物体一样的深度和视差,是一种理想的三维显示方法.但是,三维物体计算全息图计算复杂且计算量巨大,因此,如何快速生成三维物体计算全息图是数字三维全息动态显示中的关键问题之一.本文首先论述了数字全息三维显示的关键技术,包括物点散射法、体视全息法、层析法等三种三维物体计算全息图实现方法,一种RGB分离的真彩色全息显示实现方法和若干提高全息再现像质的方法;然后对几种最新典型的数字三维全息显示系统进行了技术分析;最后总结了数字全息三维显示领域的发展动态,指出三维全息显示技术会朝着实时、动态、更大尺寸、更高分辨率方向发展.     

基于盲信号分离的复波恢复方法

本文提出一种基于盲信号分离的新的复波恢复方法.首先通过CCD获取同一物体的3幅干涉全息图构成观测信号,然后采用独立分量分析方法从观测信号中分离出只包含复波振幅和相位信息项,有效抑制了零级项,最后用该方法实现了一个纯位相波阵面.实验结果表明,该方法能较好地恢复原复波的振幅和相位信息,即使在频谱混叠情况下,也能有效恢复原复波信号.     

In-line holographic electron microscopy in the presence of external magnetic fields

It is now a well-known fact that the phase of electron waves is altered by external magnetic fields via the Aharonov-Bohm effect. This implies that any electron interference effects will be to some degree affected by the presence of such fields. In this study we examine the distortion effects of external (constant and variable) magnetic fields on electron interference and holography. For digital holography, the reconstruction of the object is done via numerical calculations and this leaves the door open for correcting phase distortions in the hologram reconstruction. We design and quantitatively assess such correction schemes, which decidedly depend on our knowledge of the magnetic field values in the holographic recording process. For constant fields of known value we are able to correct for magnetic distortions to a great extent. We find that variable fields are more destructive to the holographic process than constant fields. We define two criteria, related respectively to global and local contrast of the hologram to establish the maximum allowed external field which does not significantly hinder the accuracy of in-line holographic microscopy with electrons.     

Quantification of micrometre-sized porosity in quasicrystals using coherent synchrotron radiation imaging

The ability to image phase distributions with high spatial resolution is a key capability of microscopy systems. Consequently, the development and use of phase microscopy has been an important aspect of microscopy research and development. Most phase microscopy is based on a form of interference. Some phase imaging techniques, such as differential interference microscopy or phase microscopy, have a low coherence requirement, which enables high‐resolution imaging but in effect prevents the acquisition of quantitative phase information. These techniques are therefore used mainly for phase visualization. On the other hand, interference microscopy and holography are able to yield quantitative phase measurements but cannot offer the highest resolution. A new approach to phase microscopy, quantitative phase‐amplitude microscopy (QPAM) has recently been proposed that relies on observing the manner in which intensity images change with small defocuses and using these intensity changes to recover the phase. The method is easily understood when an object is thin, meaning its thickness is much less than the depth of field of the imaging system. However, in practice, objects will not often be thin, leading to the question of what precisely is being measured when QPAM is applied to a thick object. The optical transfer function formalism previously developed uses three‐dimensional (3D) optical transfer functions under the Born approximation. In this paper we use the 3D optical transfer function approach of Streibl not for the analysis of 3D imaging methods, such as tomography, but rather for the problem of analysing 2D phase images of thick objects. We go on to test the theoretical predictions experimentally. The two are found to be in excellent agreement and we show that the 3D imaging properties of QPAM can be reliably predicted using the optical transfer function formalism.