利用传统全息片实现合成孔径数字全息的研究

分析了传统全息片的微观结构,介绍了细光束成像和合成孔径数字全息记录、再现的基本原理,研究了利用传统方法拍摄的散射物体透射式、振幅型全息片实现合成孔径数字全息的方法,给出了实验结果。理论分析和实验结果表明,利用传统透射式、振幅型全息片,通过光学显微镜放大制作子数字全息图和合成孔径数字全息图,经计算机处理是可以得到完整再现像的,其性质与细激光束照射成像一致。用子全息图再现像的复振幅叠加方法和采用子全息图再现像的强度叠加方法均可实现合成孔径数字全息图的再现,且强度叠加方法的视觉效果要好些,但它们对缩小再现像中散斑的尺寸没有帮助。用子全息图拼接成的合成孔径全息图得到的再现像效果最好,可以缩小再现像中散斑的尺寸,信噪比、分辨率均有提高。要得到更好的再现像,需要用更多的子数字全息图拼接成尺寸更大的合成孔径数字全息图。     

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。     

数字全息技术在反源问题中的应用

本文从数字全息记录与再现技术特点出发,探讨数字全息技术在反源问题中的应用。分析了用数字全息图探测光波复振幅的方法。讨论了数字全息再现原始像的方法,并将其应用于光源的重构。     

基于灰度相关的数字全息孔径合成方法

为了研究数字全息中孔径合成问题,采用理论分析与实验验证的方法,通过介绍合成孔径数字全息记录和再现的基本原理,指出在合成孔径数字全息系统中,准确拼接合成子全息图是系统获得高分辨率的重要因素。提出了一种基于图像灰度分布相关的算法用以解决子全息图的准确拼接以实现孔径合成,介绍了该算法的原理,分析了该算法精度并进行了相应的实验验证,得到了预期成果。结果表明,该算法能较好地解决子全息图的拼接合成问题,在合成孔径数字全息系统中具有较好的适用性。     

太赫兹离轴数字全息消零级方法的像质评价及其分析北大核心CSCD

在太赫兹离轴数字全息中,因其记录及再现距离较短,零级衍射会对再现像造成严重影响。利用三种图像质量客观评价指标,对2.52THz离轴数字全息中使用复振幅复原法和拉普拉斯算子消零级方法得到的再现像进行了比较分析。以成像实验中的分辨率板为模型设计了仿真目标,根据实验获得的照明光和参考光的强度分布仿真了全息图,利用角谱法进行再现,最后对真实太赫兹数字全息图进行了相同的处理,所得结果与仿真结论基本吻合。复振幅复原法和拉普拉斯算子法均能很好的抑制零级衍射。相比拉普拉斯算子法,复振幅复原法的零级衍射亮度衰减率更高,再现像整体上峰值信噪比更高,在高分辨率的0.2mm亮竖条纹区域具有更高的信噪比,图像质量更好。     

基于灰度相关的数字全息孔径合成方法

为了研究数字全息中孔径合成问题,采用理论分析与实验验证的方法,通过介绍合成孔径数字全息记录和再现的基本原理,指出在合成孔径数字全息系统中,准确拼接合成子全息图是系统获得高分辨率的重要因素.提出了一种基于图像灰度分布相关的算法用以解决子全息图的准确拼接以实现孔径合成,介绍了该算法的原理,分析了该算法精度并进行了相应的实验验证,得到了预期成果.结果表明,该算法能较好地解决子全息图的拼接合成问题,在合成孔径数字全息系统中具有较好的适用性.     

多参考光合成孔径DMIPH术的细胞相位重构

为了克服传统光学显微术无法直接提取相位信息的不足而能更准确记录物体高频和低频信息的合成,采用多参考光合成孔径数字显微像面全息系统,并结合角谱算法和最小二乘解包裹算法实现了细胞的相位重构。选取活体细胞组织等相位型生物进行作为实验样本,对其进行定量观察和有效测量。结果表明,多参考光合成孔径数字显微像面全息系统可以有效地应用于3维物体显微结构的振幅和相位重构,能显著地提高记录系统的高频和低频信息在全息图上的合成度,并实现超出系统的衍射极限12.8lp/mm的分辨率。该系统可以有效地实现数字全息系统的超分辨率成像,从而获得细胞显微结构的3维形貌信息和准确的相位分布。     

数字全息再现像的激光散斑消除的研究

由于数字全息图受到激光散斑影响,使得其再现像产生较为严重的噪音。通过详细分析激光散斑形成的原因,并提出了用同一物体的多幅全息图的强度再现像叠加来减小激光散斑的干扰。具体分析了该方法的原理：在记录全息的物体照明光路中加入一散射体,在散射体的M个不同位置记录M张同一物体的全息图,然后将M幅数字全息的再现像叠加,激光散斑噪音下降为M~(-1/2)。最后给出了实验结果。     

迂回相位编码的傅里叶变换计算全息图及其再现

光学全息图直接利用光学干涉法在记录介质上记录物光波和参考光波叠加后形成的干涉图样,而采用计算全息(CGH)的方法可不借助参考光直接记录物光波的复振幅信息。如果对迂回相位编码的全息图再进行一次逆的快速傅里叶变换,则可由计算机模拟完成物光波的全息图再现。试验结果也验证了该方法的可行性。     

高分辨率多视点动态全息3D显示

提出了一种高分辨率多视点动态全息3D显示方法,观看视点位置变化时,观看者能够看到连续变化的3D效果。在进行全息图计算时,首先根据针孔阵列投影模型,渲染3D动画中每一帧3D模型的光场图像序列;然后从已渲染的多组光场图像序列中抽取对应视角信息的光场图像进行融合,得到融合后的动态光场图像序列;在进行全息图编码时,以动态光场图像序列中的一帧图像作为物光振幅,以来自于针孔的发散球面波的相位作为物光相位,引入平面参考光进行编码,得到一个单元全息图。由于每个单元全息图的计算是相互独立的,因此在计算过程中使用并行加速计算,实现了尺寸为32 mm×32 mm、分辨率为100000 pixel×100000 pixel的高分辨率全息图,其光场图像融合和全息编码的时间仅需27 min。光学再现结果证明了该方法的可行性。所提出的高分辨率多视点动态全息3D显示方法在全息包装和3D广告等领域具有广泛的应用前景。     

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。     

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。     

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     

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.     

离轴数字全息记录条件的研究

用振幅全息和菲涅耳衍射理论,分析离轴数字全息记录系统结构参数对数字全息再现的影响,并进行相应的实验验证。理论分析和实验研究结果都表明,如果记录物体和CCD的尺寸固定,记录物体和CCD之间的记录距离将直接影响数字全息再现像的分离状况和系统的分辨率,在保证再现像分离的前提下,缩短物体和CCD之间的距离将有利于数字全息再现像分辨率的提高。     

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。