数字全息法测量透明物体变形的研究

采用数字全息法测量透明物体的厚度变形场,并给出了物光的相位变化与物体厚度变形间的关系。应用此方法测量了带孔有机玻璃（PMMA）试件在均布拉伸载荷作用下的厚度变形场,并将测量结果与理论计算结果进行比较,验证了此方法的正确性。     

数字全息显微术用于生物细胞相位重构与补偿的研究

讨论了数字全息显微术(DHM)相位测量中显微物镜引入的附加相位的消除问题。在DHM相位重构中,对比分析了两步法和泽尼克多项式拟合两种附加相位补偿方法,进行了相应的实验研究,实现了多种生物细胞的相位重构。研究结果表明:两种补偿方法均能有效地消除DHM系统的相位误差。对于两步补偿法,由于补偿计算需要两组数字全息图,实验记录耗时,对记录系统稳定性要求高,但采用有、无样品相位相减的补偿算法简单,能够同时补偿显微物镜带来的球面附加相位和光学系统带来的其他相位畸变,相位重构的精度高。对于泽尼克多项式拟合补偿方法,补偿计算仅需一组数字全息图,在动态相位测量中具有特别的优势,但相位重构的误差随待测细胞高度和面积的增大而增大,为提高泽尼克相位补偿法的相位重构精度,需要保证物体的光学高度或者是物体的横向面积在一个较小的范围内变化。上述结果将为DHM用于生物细胞相位重构的研究和应用提供参考。     

数字全息法测量透明物体变形的修正

采用数字全息可以测量透明物体的厚度变形场,但我们此前的研究忽略了应力导致的折射率变化,给测量带来了误差,本文对这个问题进行了讨论,修正了物光的相位变化与物体厚度变形间的关系。相较于修正前的公式,新增加了一个修正项,通过测量带孔有机玻璃试件在均布拉伸载荷作用下的厚度变形,并将测量结果与理论计算结果进行比较,发现用修正前的关系式得到的变形量偏大,而修正后的结果与理论值吻合很好,证明此修正是正确和必要的。     

基于螺旋相位滤波的共路相移数字全息适

提出了一种基于螺旋相位滤波的共路相移数字全息术.在成像系统的频谱面上放置中心带有一通光孔径的螺旋相位板(SPP),在输出面上记录输入物体经螺旋相位滤波后的输出像;将螺旋相位滤波器绕轴旋转一定角度,通过中心光孔的零频成份与其他高频成份间会产生与旋转角度成正比的相移;利用这一特点,通过记录多幅对应不同旋转角度的输出光场强度分布图,然后再用一定的相移算法实现被记录物体相位分布的数字再现.理论分析和计算机模拟实验研究表明,该方法是实际可行的.     

数字全息显微定量相位成像的实验研究

建立了一套预放大式数字全息显微成像系统,通过对样品进行显微放大,实现了高分辨率的定量相位成像;并通过计算机控制相机自动曝光记录序列的数字全息图实现了动态相位成像。用标准样品验证了系统测量的准确性;以活体洋葱表皮细胞和血红细胞为样品,获得了清晰的定量相位像;以置于水环境的草履虫为样品,实现了动态成像。实验结果表明建立的系统可以实现高分辨率的动态定量相位成像,可以应用于生物活体样品的显微研究。     

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.     

基于多频相移的相位偏折测量透明物体表面三维形貌

光学三维测量中的相位偏折测量术以其快速、高精度、稳定抗干扰的优点,在光学表面测量、快速检测等领域得到广泛应用。透明物体因其上下表面的折射和反射,导致相机采集到不同表面反射叠加的混合条纹,传统的相位偏折测量术难以对其进行有效的三维测量。为解决该问题,文中提出一种基于多频相移的相位偏折法测量透明物体的表面三维形貌。首先,显示屏显示多种不同频率与多步相移结合的正弦条纹,从另外一个角度相机采集物体表面反射的混合条纹。然后,利用最小二乘法迭代将混合条纹进行分离,得到上下表面折叠相位并展开。接着,通过梯度标定确定相位与梯度的关系,根据梯度积分恢复透明物体表面的三维形貌。最后,实验证明所提方法能够有效实现混合条纹的分离,实测透明玻璃板上表面的平均误差从32.4μm减少到5.1μm,结果验证了混合条纹分离方法的有效性,提升了透明物体表面三维形貌测量精度。与已有方法相比,文中方法可以有效避免初始相位值偏差较大带来的影响,缩短计算时间,适用于不同形状透明物体表面三维形貌的测量。     

像面数字全息显微中的相位解包裹算法研究

为了快速准确地恢复出由像面数字全息显微术(IPDHM)得到的被测样品准确的相位分布,采用理论分析和实验验证相结合的方法,对5种相位解包裹算法的速度、准确性及适用范围等相关问题进行了研究。结果表明:对由IPDHM得到的含有欠采样区域的包裹相位图进行相位展开时,基于横向剪切的最小二乘法效果最好、速度最快;利用枝切法和质量导向图法处理的结果存在"拉线"和未展开区域,造成严重的解包裹错误;利用基于离散余弦变换(DCT)的最小二乘法和预条件共轭梯度法会使欠采样区域的误差进行传递,使得解包裹相位产生较大误差。因此,基于横向剪切干涉的最小二乘法是目前IPDHM中的最优相位解包裹算法。     

基于显微数字全息的生物薄膜折射率的测量

提出了一种基于显微数字全息相位重构图像的生物薄膜折射率的简便测量方法。利用角谱法对生物薄膜的显微数字全息图像进行重构,得到其复振幅分布,从中获得激光通过生物薄膜后的相位变化与薄膜厚度、薄膜中液体的折射率及薄膜折射率间的定量关系。通过等厚干涉和阿贝折射仪测得膜的厚度与液体的折射率,再从定量的相位变化中获得生物薄膜的折射率。以洋葱内表皮细胞层折射率的测量为例,进行了相应的实验验证,得到了波长为632.8nm下的折射率。理论与实验均表明,该方法是有效和切实可行的。     

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.     

数字全息显微中的准直光再现

为了准确重建微小物体三维物场,采用理论分析与计算机模拟相结合的方法,研究了如何用准直光重建大数值孔径数字全息图,分析了用球面参考光波再现失效的原因,得到了位相重建的表达式;分析了由于记录距离和参考点源偏置的测量误差而导致位相重建像的畸变,作了计算机模拟验证。结果表明,对于强度重建,只要能够记录高质量的全息图,就可以得到准确的再现结果;而对于三维物场重建,只有准确测量记录距离和参考点源的偏置,才能得到准确的再现结果;由于距离的测量误差,导致再现光波场的位相分布出现了二次函数调制畸变,因此,实验过程中精确测量这两个参量是至关重要的。     

同轴菲涅耳全息中提取相位的算法

同轴全息术得到的相位通常都有弯曲和畸变,且0级和±1级再现像相互重叠,使得以往在离轴全息中常用的相位补偿处理技术在同轴菲涅耳全息中效果不佳。为了解决该问题,采用一种仅需拍摄一幅同轴菲涅耳数字全息图,对该全息图做必要处理得到另一幅全息图,通过将两幅全息图的衍射再现光场相减消除相位弯曲,以及0级像和矩孔衍射对相位的影响,从而提取待求光场相位近似值的方法,进行了相应的理论推导和实验验证。结果表明,该算法相较以往使用的相位掩膜方法能够得到更好的结果。     

基于减采样技术的快速高分辨数字全息重建算法

为了缓和传统数字全息重建算法在分辨率和计算量之间的相互制约关系,基于欠采样数字解调理论,通过对恢复后的物波场先进行空域或频域减采样,滤除物波中的冗余信息,然后通过补零算法提高有用信息的重建分辨率,从而实现高分辨数字全息的快速重建。分别给出了减采样菲涅尔重建（FR）算法和减采样角谱重建（AS）算法的最大允许采样间隔,推导...     

数字全息中再现照明光对重建像的影响

在数字全息三维形貌测量中,相位信息的正确重建对测量的准确性有着重要的意义。非原参考光的再现光重建数字全息将引入相位畸变问题,本文对此进行了详细的理论分析,指出此时重建像的相位分布将产生二次或线性畸变,并给出了相应的相位畸变表达式。计算机模拟证明了分析的正确。     

离轴无透镜傅里叶变换数字全息三维物场重建

再现物体的三维信息是全息成像的特点,正确的相位信息对测量的准确性有着重要的意义.本文研究了离轴无透镜傅里叶变换数字全息中,用非原参考光再现三维物体而引入的相位畸变问题,通过详细的理论分析,得出相应的相位畸变表达式.根据畸变表达式,可以校正畸变的再现像光场分布,得到正确的再现像光场分布,重建正确的三维图像,并通过计算机模拟证明了分析的正确性.     

一种应用于动态数字全息的快速相位解包裹算法

为满足动态数字全息的实时、在线检测分析的需求,提出了一种应用于动态数字全息的快速相位解包裹算法。在充分考虑相位解包裹的精确性和运行时间的基础上,首先找出影响解包裹精确性的坏点,并进行标记;采用运行速度较快的中心点辐射解包裹算法,使解包裹路径避开这些坏点,并利用动态全息相位图在时域上的关联;在时域上设置解包裹路径,以解决不同帧的相位值在时域上的关联问题和坏点封闭区域的相位解包裹问题。实验结果表明,本文算法是合理和有效的,运行速度较快,解包裹的精确性较高。     

彩色数字全息常见波面重建算法的实现与比较

为了研究彩色数字全息检测应用中波面重建方法对重建场质量与计算速度的影响,及不同波长记录的重建场的准确融合,采用理论分析及实验验证的方法,给出了不同色光物光重建场准确重叠的方法及彩色数字全息波面实时再现的详细过程,并分析比较了几种波面重建算法的特点及计算速率。结果表明,使用球面波为重建光的可变放大率波面重建算法能适应各种大小的物体,且可获得较高分辨率的像,并占用较少的计算时间,能较好适用于彩色数字全息检测应用。