Tukey窗切趾全息图用于粒子场在焦位置测量的实验研究

提出采用能量透射率较大、频谱旁瓣峰值和旁瓣衰减斜率较小的Tukey窗对粒子场数字全息图进行切趾处理.分析了在焦位置测量和Tukey窗切趾粒子场数字全息图的原理.实验记录了附着于玻璃板表面的微小单层粒子场的数字全息图,采用Tukey窗对其切趾后进行数值再现.实验结果表明,全息图切趾后的再现像中已不存在黑白相间的干涉条纹,衬比度增强,再现粒子像更清晰,处于边缘区域的再现粒子像几乎被切趾孔径所淹没;随着窗函数切趾参量的逐渐增大,可更准确地确定单层粒子场的在焦位置,提高粒子场在焦位置的测量精度.     

离轴全息摄影在雾化粒子场研究中的应用

用双脉冲红宝石激光全息摄影仪以离轴全息摄影法应用于水雾化粒子场可成功地获得其全息图。再现离轴全息图可清楚地看到粒子场的三维图象。本文介绍了离轴全息摄影的方法,分析了全息摄影的透射式离轴光学系统,同时也介绍了粒子场全息图的数据处理。     

微颗粒场同轴全息的离焦处理方法

一、引言 全息法自首次应用于微颗粒场的分析以来,得到了不断发展,初期工作主要对技术本身及其机理进行探讨。实验表明,全息法是测量三维微颗粒场的有效手段,具有景深大、不干扰粒子群,且能记录粒子的大小、位置及速度等优点,并得到了广泛应用。 全息法将微颗粒场的数据信息寓于图像之中,所以必须对微颗粒场的再现图像进行处理,以“读出”粒子群的几何信息(尺寸、分布等)。以往的工作大部分都是处理粒子的聚焦像,而对球形的微颗粒,也可由粒子的离焦像求取粒子的大小和分布。 本文将此法应用于微颗粒场的处理,用一套半自动的图像处理系统,用所设计的程序,对微颗粒场的同轴全息图再现的离焦像进行处理,得到粒子的几何信息。     

基于立体匹配技术的数字全息三维形貌重构

针对数字全息对物体三维形貌的重构与测量,提出了一种将数字全息术与立体匹配术相结合的三维测量方法。首先利用离轴菲涅耳数字全息系统,采集三维物体的单幅离轴菲涅耳全息图;然后将获取的数字全息图分为两个部分,分别进行数值再现,可以得到两个再现像,两个再现像存在视差。最后利用立体匹配算法获取两幅视图再现像的视差,根据几何关系获取物体的深度信息,重构物体的三维形貌。实验中,分别对不连续物体和连续物体进行三维形貌的重构,得到了准确的三维物体深度信息。数值模拟和初步实验结果表明该方法有效可行。     

基于霍夫变换的数字全息粒子尺寸测量

提出一种基于霍夫(Hough)变换的数字全息粒子尺寸测量方法.该方法是先对粒子场全息图的数字再现像进行聚焦像合成、图像边缘提取处理后,再通过Hough变换圆检测得到粒子尺寸大小和位置信息,实现粒子信息的测量.分别对2D粒子场和3D粒子场进行了计算机模拟,并以直径为90μm标准粒子为研究对象进行了实验研究,测量绝对误差为6μm.研究结果证明了该方法的可行性.     

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。     

基于高斯核函数离轴数字全息零级像的抑制

为了降低离轴数字全息的再现像中零级像对再现像的干扰,提出了一种利用高斯核函数在空域对数字全息图进行低通滤波,再用原数字全息图减去滤波后的全息图来抑制零级像的方法。实验结果表明空域高斯核函数处理法能有效地抑制零级像。把该方法与现有的频域法、减全息图均值法以及减局部均值法在抑制零级像的效果和计算速度上进行了比较,证明了该方法抑制零级像的效果好,计算速度快。通过所采用的方法提高了离轴数字全息再现像的质量。     

折射率匹配液的稳定性及其对全息记录与再现的影响

用全息干涉计量的方法测量三维应力场分布要用到折射率匹配液,但它对系统的成像及稳定性会有影响,因此有必要对该影响进行专门研究。在理论分析的基础上设计并完成了实验研究,用加折射率匹配液前、后,以及加折射率匹配液后不同时间记录的数字全息图重构再现像,并比较这些再现像的成像位置和相位后发现:折射率匹配液会减小再现像的重构距离,但不改变全息再现像的大小,且折射率匹配液需大约15 h才能稳定。     

基于红外光照明的数字全息粒子场成像（特邀）

在数字全息粒子场成像中,粒子衍射的孔径角很小,重构时具有很长的焦深,造成轴向定位精度远低于横向定位精度。增大照明波长,相当于增大粒子孔径角,因此可得到更高的轴向定位精度。采用红外相干光源照明粒子场,在不提升算法和系统复杂度的前提下提升数字全息粒子场重构的轴向定位精度。从理论上分析数字全息粒子场重构中焦深与轴向定位精度的关系,并分别仿真分析绿光、红光及红外光照明时的粒子场全息重构,分别开展了基于这3种光源的聚苯乙烯微球粒子场全息成像实验。仿真和实验结果研究表明,相比红光,红外光源使焦深减小了约19%,而相比绿光,焦深减小了约39%。增加波长可以减弱离焦像的层间干扰,从而提高了轴向定位精度。     

基于全变差重构算法的数字全息研究

为了消除传统算法对数字全息重构过程中会出现0级像、共轭像干扰的问题,将压缩感知理论与数字全息图再现相结合,提出了基于全变差的两步迭代收缩阈值重构算法（TwIST）,并应用于数字全息图压缩感知全息图重建。 TwIST算法根据重构成分的特点增加正则约束,对相应的形态进行调整,在满足全变差最小的特性的基础上进行重构,提高了重构全息图的质量。结果表明,TwIST算法可以对数字全息图稀疏重建,利用35%的部分全息图数据进行图像重构,重构图像峰值信噪比为36.46dB,且没有0级像和共轭像等干扰。该研究结果对实现计算全息的实时性具有重要的意义。     

离轴数字全息零级像和共轭像的消除方法

为了提高离轴数字全息图的再现像质量,提出了一种消除离轴数字全息零级像和共轭像的方法。该方法通过对参考光进行一次π相移、记录两幅全息图,对两幅全息图作差后进行傅里叶变换,结合频谱滤波的方法用矩形窗函数从中滤出包含有物光波频率成分的频谱,然后对其进行数字再现。结果表明,在零级像和±1级像有重叠的情况下,该方法能有效地消除零级像和共轭像的干扰,有效提高再现像质量。     

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。     

基于同轴菲涅耳全息的标识印刷防伪技术

在研究双随机相位数据加密技术的基础上,结合数字全息技术和印刷技术的特点,提出了一种新的同轴菲涅耳全息标识防伪方法,利用双随机相位加密复数数据信息(物光信息),与参考光叠加形成同轴全息图像。理论分析了同轴菲涅耳全息方法能有效地恢复原始图像数据,并对加密的同轴菲涅耳全息图像的强抗位压缩性能进行了仿真,最后通过打印和扫描对同轴菲涅耳全息标识的防伪功能进行了验证。结果表明,该全息标识防伪方法具有强的抗位压缩能力,可以通过逆菲涅耳变换和多重解密密钥恢复原始认证信息,是一种十分有效的全息标识。该全息标识方法可通过可变数据印刷技术印制在证件等印刷品中作为个性化防伪标识。     

球面波照明的同轴数字全息干涉图像模拟及应用研究

提出三次曲面拟合法表示到达CCD屏的照明物光与参考光位相差分布,并通过对CCD探测图像数据处理获得物光复振幅分布的方法。理论上讨论了球面波照明情况下实现同轴数字全息检测的可能性。     

参考光为平面波和球面波时焦距检测对比研究

为了研究参考光波面形状对于测量透镜焦距值的影响,采用数字全息的方法进行了理论分析和实验验证。通过在两种色光下进行实验,分别测量出参考光为平面波和球面波时的焦距值,并与标称值和理论计算值进行了比较。结果表明,当参考光为平面波时,测量到的透镜焦距值与标称值和理论计算值相对误差在5%以上; 而当参考光为球面波时,与两者的相对误差均在2%以下,因此当参考光为球面波时所测量的焦距值精度更高; 通过计算得出这两种参考光所测量的焦距值都在理论焦深范围内,故利用测量焦距值对全息图进行重构时所获得的再现像与用标称值和理论计算值所得到的再现像质量相当。这一结果对测量透镜焦距值和数字全息图重建方面有一定的帮助。     

反射式离轴数字全息再现像中的噪声抑制

为了抑制反射式离轴数字全息再现像中的零级像和散斑噪声对再现像的影响,利用高斯核函数在空域对数字全息图进行低通滤波,再用原数字全息图减去滤波后的低频信息来抑制零级像,采用非局部均值滤波来抑制散斑噪声。实验结果表明空域高斯核函数处理法能有效地抑制零级像,非局部均值滤波可以抑制散斑噪声但对部分细节的保持能力不强,改进后的非局部均值滤波在抑制散斑噪声的同时能很好地保护细节信息,提高了离轴数字全息再现像的质量。     

压缩感知相移数字全息术

相移数字全息图用传统数字再现可以消除零级像与共轭像,但数字全息术记录的全息图及数字再现像的分辨率被CCD的分辨率所限制.将新兴的压缩感知算法用于数字全息图的稀疏重建,以实现由部分全息图数据得到高分辨率再现像.分析了压缩感知用于重建数字相移全息图的原理,并利用该算法对计算机模拟的相移全息图进行了重建.结果表明,压缩感知算法能够对数字全息图稀疏重建,利用50％的部分全息图数据重建出了较高质量的再现像,并消除了零级像和共轭像.当选用合适的观测器如数字微反射镜器件或随机位相片实现随机观测矩阵时,可以实现单像素成像,从而突破记录全息图CCD分辨率的限制.     

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.     

希尔伯特变换在同轴数字全息再现中的应用

为了克服2步数字全息需要记录多幅图像且在进行相移时理论相移值和实际相移值总存在误差的缺点,提出了一种用单幅同轴数字全息图再现物体真实像的方法。该方法利用希尔伯特变换可以实现数字相移并且可同时滤除直流分量的特点,通过对记录的全息图进行两次希尔伯特变换,即可依次得到没有0级分量的相移量为π/2的全息图和无相移的全息图,然后运用2步相移数字全息处理方法即可再现出原物体的像。结果表明,该方法能很好地再现原物体的像。