无透镜傅里叶变换数字全息术的特点分析和讨论

利用传统全息的理论 ,分析了无透镜傅里叶变换数字全息记录和再现的方法及其相应的物像关系、记录系统结构参数对再现像分辨率的影响 ,并进行相应的实验验证。理论分析和实验结果都表明 :无透镜傅里叶变换全息术 ,不仅降低了数字全息对记录采样的要求 ,而且使再现像分辨率得到较大的提高。同时 ,在保证再现像分离的前提下 ,通过增大记录系统的数值孔径 (缩短记录物体到CCD和参考点源的距离 ) ,可以实现数字全息再现像分辨率的提高     

双透镜分数傅里叶变换全息图

运用波前相因子判断法,分析了双透镜分数傅里叶变换全息图的成像特征,提供了再现像的中心坐标、共轭关系、放大率关系,完整地给出了再现过程傍轴几何光学理论的数学表达和物理解释,并在实验上进行了验证。     

无透镜分数傅里叶变换全息图

用球面波照明物体的自由空间菲涅耳衍射,提供了无透镜分数傅里叶变换全息图的记录方式,根据波前相因子判断法,分析了其再现过程的共轭关系,放大率关系,给出了该类全息图傍轴几何光学理论的数学表达和物理解释。实验结果验证了理论的可靠与可行。     

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     

数字全息再现像质的影响因素分析

依据相干成像理论，从分析数字全息系统点扩散函数入手，研究数字全息系统中影响再现像质的因素。主要分析了对一给定的CCD和记录波长，记录距离对传递函数的影响，进而分析了对再现像像质的影响。得出了在满足抽样定理的条件下，应尽量使记录物体靠近CCD；给出了最小允许的记录距离数学表达式及相应的实验结果。实验结果证明了理论分析的正确性。     

分数傅里叶变换的无透镜光学实现

利用球面波照射物体的自由空间非涅耳衍射,完成任意级次分数傅里叶变换的无透镜光学实现,给出了不同条件下远透镜模式基本参量的选择法则及其分类傅里叶变换的数学表达,计算机模拟实验证明了结论的可靠与可行。     

数字全息图再现像的分析计算

用菲涅耳衍射和振幅全息的理论，分析了数字全息的物像关系和再现像的分辨率，并进行相应的数值模拟和实验研究。研究结果表明：数字全息的物像关系与传统振幅全息的物像关系是等同的，当用相同波长的准直光记录和再现数字全息图时。可以得到与原物完全相同的再现像，且再现光入射方向的变化仅使再现像位置发生平移。对其大小没有影响。数字全息的横向分辨率与传统成像光学仪器的分辨本领具有相同的物理意义。其大小主要取决于再现像位置处以CCD尺寸为窗口的衍射极限。模拟计算和实验测量的结果是完全吻合的，但在实际物体的记录中。由于噪声、照明光场的不均匀性、物光衍射光场的调制和CCD动态范围的影响，后者的误差比前者大。     

全息透镜傅里叶变换特性分析

利用一点光源和一束倾斜平行光拍摄了一种离轴全息透镜,并对其傅里叶变换特性进行了分析。将输入图像置于这种全息透镜的前面或后面,均能得到物体的傅里叶变换功率谱。图像尺寸越小,全息透镜的焦距越长,产生的误差越小。当物体位于偏离主轴的前焦面时,能够得到物体准确的傅里叶变换。     

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.     

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.     

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。     

物光与参考光强度比对数字全息再现像质的影响

为了提高数字全息显微中的重建精度及速率,采用理论分析与实验验证相结合的方法,对数字全息显微中基于同态信号处理的广义线性重建算法进行了理论分析,比较了同一物场在不同物光与参考光强比条件下的实验结果。结果表明,随着参考光与物光光强比的不断增大,广义线性重建算法再现像质得到明显改善,但当这一比值增大到一定值时,再现像质量则逐渐下降。寻找合适的物光、参考光光强比,是利用数字全息广义线性重建算法实现高质量再现像的重要条件。     

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。     

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。     

改善数字全息再现像质量的背景强度补偿法

为了完全消除CCD背景噪声和杂散背景光对数字全息再现像质量的影响,在全息图强度分别减去参考光波和物光波强度相减法和全息图强度分别减去参考光波和物光波强度及CCD背景噪声相减法的基础上,提出了改善数字全息再现像质量的背景强度补偿法。介绍了背景强度补偿法的原理,并实验对比了全息图的直接再现像及应用背景强度补偿法对不同背景强度下获得的全息图处理后的再现像。结果表明,背景强度补偿法显著地改善了再现像质量,降低了对数字全息图记录环境的要求。     

数字图像处理在激光全息中的应用

本文主要介绍了利用计算机生成的数字图像代替传统的三维立体模型作为全息拍摄对象的方法。从数字图像的全息记录原理出发,讨论了数字图像的分辨率及设计方法问题。     

菲涅耳数字全息在图像加密中的应用

基于小波变换和光学菲涅尔变换原理,提出一种新的数字水印算法。首先,原始的水印图像经过离散菲涅尔变换转化成数字全息图,并对数字全息图进行灰度变换;再对宿主图像进行一层小波分解;最后将变换后的数字全息图嵌入到宿主图像较大的小波系数中。实验结果表明,该水印算法具有较强的鲁棒性,能抵抗较大的剪切、有损压缩和滤波等攻击。