基于压缩传感的相移同轴傅里叶变换数字全息

对于同轴傅里叶数字全息,传统重构算法应用快速傅里叶逆变换算法进行重构,但采样过程需要满足香农采样定理,导致海量采样数据,大大增加了存储和传输的代价。提出了一种基于压缩传感的相移同轴傅里叶数字全息重构方法,利用马赫-曾德尔干涉光路采集同轴全息图,对采集数据进行部分采样、测量;然后利用最小全变分法对采集的数据进行数值再现。数值仿真结果表明,基于压缩传感的傅里叶全息重构算法优于基于快速傅里叶逆变换的传统算法,它将全息数据的采集和压缩合为一步进行,不仅采样数据明显少于传统采样数据,而且利用约8%的数据仍然能精确地重构出原图像。     

基于希尔伯特变换的数字全息位相重构技术

为了提高数字全息重构的精度,采用希尔伯特变换的方法对数字全息位相重构进行了理论分析和实验验证。首先利用傅里叶变换滤除全息图中的0级项,然后运用希尔伯特变换对已经滤除0级项的全息图实现90°相移,并构造出解析信号,从而可以求出物体的包裹位相,最后利用最小二乘法进行位相解包裹得到物体的真实位相;并将希尔伯特变换法与常规傅里叶变换法重构的实验结果进行了对比和分析,获得了标准偏差的对比数据。结果表明,该方法比常规傅里叶变换法重构精度要高。这一结果对提高位相重构的精度是有帮助的。     

非相干同轴数字全息成像系统研究

非相干全息术可以利用非相干光源获得物体的全 息图。利用迈克尔逊干涉仪搭建了非相干同轴数字 全息成像系统,利用菲涅尔衍射理论分析系统的点扩散函数(PSF),使用CCD 记录全息图并在计算机中进行数值 重建,研究广义相移数字全息干涉术在非相干同轴数字全息成像系统中的应用。结果表 明,基于迈克 尔逊干涉仪的非相干同轴数字全息成像系统可以实现白光光源照明下物体全息图的快速记录 ,三步广义相 移数字全息干涉术应用于系统,能够克服使用移相器的非相干同轴数字全息术对系统稳定 性要求较高的 缺点,可以去除孪生像和零级像,获得清晰的数值重建像。本文系统的横向放大率为1.6倍 时,分辨率可达45lp/mm。     

Gabor同轴数字全息的多重再现与自动聚焦

对于近场同轴数字全息在聚焦再现(再现距离精确等于实际记录距离)时,采用多重再现方法可以很好地消除共轭像的影响,但该方法没有考虑和分析再现距离与实际记录距离存在偏差时的影响。然而在实际应用中,实际记录距离难于精确测定,数字再现时采用的再现距离往往与实际记录距离存在偏差。对该方法进行了进一步的深入分析,分析发现该方法对距离偏差十分敏感,且随着距离偏差增大其共轭像消除效果会急剧下降;利用该方法对距离偏差的敏感特性,可以提高同轴数字全息自动聚焦的精准性和灵敏性。对上述结论进行了原理分析和实验验证。     

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。     

基于小波变换的太赫兹数字全息再现像去噪研究

太赫兹数字全息是当今太赫兹成像领域的研究热点之一。以真实连续太赫兹同轴数字全息再现像作为研究对象,进行了基于小波变换的去噪研究。选用bior2.2和sym4两种小波基,分别采用硬阈值和软阈值方式,对全息再现图像进行小波阈值去噪和基于小波的同态滤波处理,然后定量分析去噪结果。实验结果证明,对连续太赫兹同轴数字全息系统记录的再现像,采用bior2.2小波基的基于小波软阈值去噪的同态滤波,对太赫兹同轴数字全息再现图的去噪效果最好。     

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。     

利用多尺度变换提高数字全息再现像质量

针对三维物体数字全息实验系统的特点,提出了基于多尺度变换的数字图像处理方法.利用小波变换和Curvelet变换的多尺度处理,成功滤除再现像中的零级衍射光斑,有效减小散斑噪声的影响并保留更多物像边缘信息,得到较高质量的数字全息再现像.实验结果表明,该方法具有较高实用性.     

两步相移数字全息再现像的分割研究

图像分割是从图像分析到图像处理的关键步骤,因此对该全息再现图的分割具有重要意义。传统的相移数字全息技术记录次数多、记录时的曝光次数较多,因而随机误差大。项目组提出了一种基于参考光估计的两步相移数字全息术,只需记录两幅相移全息图就可实现原物光波的重建。选取了水平集算法进行分割处理,鉴于水平集算法特点,为了提高分割精确度和效率,提出了一种粗分割与细分割相结合的方法。实验证明,该方法对于两步相移全息再现图的分割具有较好效果。     

基于任意相移量的4步相移数字全息新方法

为了研究相移数字全息中的相移量计算问题,从菲涅耳衍射和全息理论出发,对相移离轴无透镜傅里叶变换数字全息的记录和再现进行了分析,推导了基于任意相移量的4步相移数字全息图的光场表达式,提出了一种利用相位相减计算任意相移量的新方法,并进行了相应的实验验证,得到了预期效果.结果表明,该方法与传统的4步相移方法相比,不需要对相移器进行严格标定,也能有效地消除数字全息再现光场中的0级衍射和共轭像,提高再现像的信噪比,因此,这对降低测量系统的复杂性,促进4步相移数字全息的发展是有帮助的.     

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。     

数字全息和拉东变换重构温度场的研究

为了得到温度场的3维温度分布情况,采用数字全息方法,并将拉东变换的图层重建理论应用到数字全息的后期图像处理过程中,进行了理论分析和实验验证,取得了温度场的3维相位和温度数据.结果表明,此方法重构的温度场3维数据和阿贝尔变换重构的温度场数据相一致,证明了该方法的可行性.     

无透镜傅里叶变换数字全息中的相位补偿

数值再现像相位的准确性直接影响到数字全息检测的结果。为了找出再现过程中存在的相位畸变并采取相应的方法达到自动补偿,对无透镜傅里叶变换数字全息中的相位补偿问题进行了研究。因为经过单次傅里叶变换法进行数字波面重构时,存在一个附加的二次相位因子,该附加因子造成了再现像的相位畸变。采用最小二乘曲线拟合方法,通过多剖面计算得出数字相位掩膜进而对相位分布进行校正,并进行了理论分析和对比实验验证。结果表明,与常用的二剖面方法相比,能够对相位畸变进行更好的校正。这一结果对相位补偿问题的研究是有帮助的。     

一种提高粒子再现像对比度的方法

在对3维粒子场全息图的数值重构过程中,为了提高和改善聚焦粒子再现像的对比度,减小直透光、孪生像以及离焦粒子像的影响,采用了1种数值处理方法,通过对数值重构出的2个聚焦与非聚焦面上粒子复振幅相减,可以将直透光、孪生像和离焦粒子像对聚焦粒子的影响同时减小,并给出了简要理论以及仿真、实验结果。结果表明,在同轴数字全息层析再现粒子场过程中,该方法适用于在某一聚焦面仅显示聚焦粒子;此外,该过程仅需要一张全息图,而且不需要对全息图做预前和后期处理。     

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。     

组件对象模型技术在数字全息中的应用

为了达到将MATLAB数据图像计算能力强大的特点与VB(Visual Basic)编程软件简单方便、界面可视的特点相结合的目的,采用组件对象模型(component object model,COM)技术在VB中调用MATLAB生成动态链接库的方法,将COM组件技术应用于数字全息中研究水中物体运动.结果表明,两者的结合...     

显微数字全息重构透明物体相位

测量透明物体的相位是重构透明物体（如生物组织）三维形貌的基础,文章用显微镜物镜、压电陶瓷和CCD建立了一套测量微小透明物体相位的显微数字全息光路,对平面光场通过透明物体后相位被调制,经显微物镜后在像面上用CCD记录全息图时的光场分布,以及数字全息重构相位的过程与计算公式进行了推导,给出了相关的计算,同时讨论了全息图记录条件。     

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。