数字全息显微系统的成像分辨率分析

根据成像理论和全息系统的点扩散函数,研究了数字全息显微系统的成像分辨率,给出了无预放大和有预放大情况下成像分辨率的表达式,指出了只有当CCD的成像分辨率等于或高于显微物镜(MO)的成像分辨率时,预放大数字全息系统的成像分辨率才取决于显微物镜的数值孔径(NA);反之,系统的成像分辨率则取决于CCD的数值孔径。采用无透镜傅里叶变换全息记录光路,对美国空军分辨率测试板进行了实验研究,结果表明再现像在水平和垂直方向的极限分辨率分别为3.91μm和4.38μm,与理论分析相吻合。对条纹物体进行了全息图的模拟记录和再现,结果与理论分析相一致。     

用于微结构几何量测量的数字全息方法

基于光学全息和数字图像处理技术发展起来的数字全息方法,其显著的优越性表现在全视场、无损、非接触,且能得到高分辨率。无透镜傅里叶变换数字全息,最能充分利用CCD的有限带宽,而且允许的最小的记录距离与被记录物体的大小成正比,对于微小物体可以达到很高的分辨率,因此广泛用于微结构几何量的测量。然而,其记录距离受到光学元件物理尺寸的限制,分辨率不能得到很好地提高。应用预放大离轴菲涅耳数字全息,能够更大程度地提高分辨率,达到1m以下的横向分辨率。     

利用数字全息干涉术测定材料的泊松比

根据数字全息干涉术的基本原理，利用CCD分别记录物场状态变化前后的无透镜傅里叶变换全息图。通过数值再现分别得到不同状态下物场的复振幅分布，从而直接得到不同状态下物场问的干涉条纹图样。如果该物场是由板状试样的离面弯曲引起的，则通过测量干涉条纹图样中相同相位条纹的渐近线之间的夹角，即可确定出材料的泊松比。实验证明该方法简单易行，尤其适合对光学粗糙表面、小泊松比或小尺寸的试样进行全场测量，测量结果具有良好的重复性，较高的灵敏度和精度。     

数字全息显微中常见重建算法比较

基于理论分析和实验验证相结合的方法,对数字全息显微术中常见的三种重建算法即菲涅耳变换算法、角谱算法和卷积算法做了比较研究。结果表明:利用菲涅耳变换算法对离轴无透镜傅里叶变换数字全息进行重建时,无重建距离的限制;采用卷积重建法只能在最佳再现距离附近一个非常小的范围内才能获得高分辨率再现像;而采用角谱重建法在略小于最佳再现距离及大于最佳再现距离较大范围内重建,均能获得高分辨率的再现像。角谱重建法总体上优于卷积重建法。菲涅耳变换重建法简单、快捷,是优化的重建算法。     

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     

基于数字全息显微术的液体透镜参数测量方法

提出了一种利用数字全息显微术测量液体透镜表面曲率半径及焦距参数的实验方法。针对液体透镜表面不能接触、直径较小、侧壁材料非透明等因素,采用具有像差校正功能的立式马赫-曾德尔干涉仪光路实验记录液体透镜液面的数字全息图,数值再现得到携带液面信息的物光波前相位分布信息,并经数值计算和拟合得到液面轮廓曲线,最终得出液面曲率半径以及液体透镜的焦距等参数,进而利用该方法对标准平凹透镜的曲率半径和焦距等参数进行了测量,以验证其正确性。结果表明,所提出的方法是一种高精度、非接触测量液体透镜液面曲率及焦距参数的有效手段。     

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。     

数字全息显微中的自动聚焦

为实现快速、准确的自动聚焦,采用理论分析和实验验证相结合的方法,对显微数字全息自动聚焦所采用的数值重建算法、全息图零级谱滤除和聚焦评价函数等相关问题进行了研究。结果表明:菲涅耳变换重建算法完全可以用于数字全息自动聚焦中;全息图零级谱的滤除使得基于菲涅耳变换算法的自动聚焦过程无法实现;灰度方差函数、傅里叶频谱加权对数函数和标准偏差相关函数可以有效地用于显微数字全息数中的自动聚焦,其中傅里叶频谱对数函数计算时间最短,是首选的聚焦评价函数;利用再现像光场中部分区域作为聚焦判断依据,可以大大缩短自动聚焦时间。     

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     

数字显微像面全息技术研究

提出一种数字显微像面全息术（DMIPH）。微观物体的离轴像面全息图直接记录在CCD上,经过2次快速傅立叶变换和数字频谱滤波,得到了显微物体放大的再现实像,并进行了详细的理论分析和实验研究,提供了以分辨率板为实验样品的实验结果。研究表明,这种技术可应用于微观物场成像和定量测量。     

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。     

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。     

基于数字全息相位差放大的弱相位检测方法

相位差放大技术(PDA)是干涉测量领域里一种提高相位分辨率和测量精度的手段。将数字全息与相位差放大技术相结合,提出了一种利用傅里叶变换原理实现数字相位差放大(DPDA)的方法,并应用于弱相位检测。与传统的光学相位差放大方法相比,数字法相位差放大对实验装置要求较低,并且具有易于抑制噪声、载波因子可调等优点。数值模拟和实验分析的结果也表明,该方法可以实现100倍以上的低噪声相位差放大,使干涉仪分辨弱相位细节的能力有显著提高。     

无透镜傅里叶变换法制作高衍射效率多方向全息相位光栅

提出了一种记录多方向全息相位光栅的新光路，详细介绍了此光路的调整方法。采用四光路同时曝光，提高了光栅的衍射效率。给出了有实用价值的实验结果和理论分析要点。     

彩色数字全息波前重建算法概论

基于单色CCD记录彩色数字全息图的光学系统及衍射的数值计算理论,综合评述彩色数字全息波前重建的常用算法。对一种只适用于静态物理量检测的波前重建算法做了重要改进,不但消除了频谱混叠对重建光波场的影响,而且让该重建算法适用于动态物理量的实时数字全息检测。并将研究工作推广于彩色CCD记录彩色数字全息图的光学系统,给出了三色光照明下重建物体彩色图像的实例。     

彩色数字图像全息变换的计算机实现方法

用彩色图像分色原理和信息光学中数字图像全息变换原理 ,成功实现了彩色数字图像的全息变换及逆变换 ,得到了与原图大小完全相同的再现像 ,且颜色还原不失真 ,仅是对比度有所下降 ,用变换中的一组参数作为密钥 ,可以实现彩色图像的加密存储