数字全息显微术应用于微器件的测量研究

利用数字全息显微测量的方法进行微器件测量,以实现微小形变或者微小位移的测量,继而进行反馈调节,实现实时监测.在学习数字全息的基本理论的基础上,建立无预放大数字全息显微测量系统,对MEMS微器件进行测量.基于菲涅耳近似的再现算法编写了数字全息再现的程序,用频谱滤波的方法对全息图中对图像质量有严重影响的零级项、孪生像进行了有效的抑制,从而使成像质量得到提高,最终获得了其再现三维轮廓,刻槽深度为160nm,栅距为430μm.     

数字全息再现中的积分核近似问题研究

对数字全息再现中的菲涅耳近似核hFz和Fresnel-Kirchhoff衍射积核hz进行了理论分析。得出了在满足菲涅耳近似条件下,这两种积分核再现具有等同性,同时hFz核再现具有缩短计算时间的优点,并给出了利用hFz积分核数字再现的实验结果。而在数字全息显微术中,hz核再现可以得到高的分辨率,并进行了数值模拟。     

相移误差对数字全息重建的影响

本文运用数字全息理论,分析了同轴相移数字全息中相移误差对物光波重建的影响,并使用计算机进行了模拟.首先,我们指出了相移数字全息中,第一步的相移误差对重建质量有决定性的影响.其次,我们使用计算机进行了分析.结果表明:相移误差的绝对值决定了重建的质量,相移误差的符号决定了重建相位分布和真实相位分布的差异.     

数字显微全息中颗粒重建数值模拟

采用数值模拟方法研究了颗粒空间位置及间距对显微全息测量结果(颗粒位置和粒径)的影响,分别考察了颗粒在平行和垂直光轴方向上,电荷耦合元件(CCD)平面内不同间距和不同粒径情况下的颗粒重建结果,讨论了灰度阈值对颗粒识别的影响,并结合实验对实际拍摄得到的颗粒全息图进行重建分析.结果表明:在垂直光轴方向上,当记录距离分别为5、50、100μm时,可以识别出粒径均为1μm的双颗粒的最小间距分别对应为1、2、2μm;在平行光轴方向上,记录距离分别为5、50、100μm时,可以识别出粒径均为1μm的双颗粒的最小间距分别对应为2、8、16μm;在重建过程中,灰度阈值应设定为不小于0.5.     

一种基于小波变换的数字图像自动聚焦算法

由傅立叶光学理论可知，图像高频能量值可以反映聚焦程度．在传统图像灰度方差评价函数的基础上．利用小波多分辨率分析，提出了一种新的自动聚焦算法．清晰度评价函数通过舍去图像低频概貌信号，突出了高频能量，具有更好的尖锐性．并分析了分解层数对评价函数性能的影响．通过改进的变步长爬山算法实验表明，该算法与传统灰度方差算法相比具有更好的聚焦精确度．     

同轴全息三维透明物体的计算机重构

计算机制全息图(CGH)是通过数值计算方法生成全息图.论文将CGH技术与数字全息再现技术相结合,直接用计算机产生理想透明物体的同轴菲涅耳(Fresnel)全息图,来研究全息图的数字再现.通过对全息图进行逐层再现,并利用数字相移术消除虚像和零级像,得到了理想透明物体各层面的再现结果.     

一种基于小波变换的数字图像自动聚焦算法

由傅立叶光学理论可知 ,图像高频能量值可以反映聚焦程度 .在传统图像灰度方差评价函数的基础上 ,利用小波多分辨率分析 ,提出了一种新的自动聚焦算法 .清晰度评价函数通过舍去图像低频概貌信号 ,突出了高频能量 ,具有更好的尖锐性 .并分析了分解层数对评价函数性能的影响 .通过改进的变步长爬山算法实验表明 ,该算法与传统灰度方差算法相比具有更好的聚焦精确度 .     

数字全息的研究进展

介绍了数字全息的基本概念和原理,以及在动态测量上的应用,分析了目前消除数字全息再现物体图像时零级光影响的常用方法,重点介绍了相移技术.为提高再现物体图像质量,还介绍了光学超分辨在数字全息中的应用.     

数字全息关键技术研究

数字全息术开辟了全息术的新纪元,但实现数字全息术需解决许多关键技术。本文以CCD和EALCD为数字全息基本器件,从理论上和实验上研究实现数字全息的关键技术,即如何使光学系统满足时间相干度、空间相干度、空间带宽积、光束偏振度、条纹对比度、分辨率条件和物距条件,以达到高精度全息测试;并基于这些条件,设计了数字全息测试系统;应用该系统,实现了高清晰度数字全息再现。基于数字全息信息的数值特点,利用计算机技术,采用了Laplacian算子滤波,提高了干涉条纹的对比度,从而为提高测试精度提供了高对比度的干涉图。     

一种强度测量重建波前畸变的新方法

针对电场的空间位相分布,用2个图像探测器分别记录物光波强度、参考光波强度和2次全息干涉图强度,利用全息记录原理和菲涅尔变换提出了一种重建位相畸变新方法。数值模拟结果表明,该方法重建的位相畸变与原始值符合;误差分析表明,重建位相畸变时距离测量要求非常严格,而对位相延迟片和图像探测器要求较为宽松。     

A novel random phase-shifting digital holographic microscopy method

This paper proposes a new method that reconstructs the information of specimen by using random phase shift step in digital holographic microscopy (DHM). The principles of the method are described and discussed in detail. In practical experiment, because the phase shifter is neither perfectly linear nor calibrated, digital holograms with inaccurate phase shift step are recorded by the charge-coupled device (CCD). The phase could be accurately reconstructed from the recorded digital holograms by using the random phase-shifting algorithm, which makes up for reconstructed phase error caused by ordinary phase-shifting algorithm. The phase aberration compensation is also discussed. In order to verify the flexibility of the proposed method, numerical simulation of random phase-shifting DHM was carried out. The simulation results illustrated that the presented method is effective when the phase shift step is unknown or random in DHM. Supported by the National Basic Research Program of China (“973” Project) (Grant No. 2004CB619304), the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 10625209, 10472050, 10732080), the Project of Beijing Natural Sciences Foundation (Grant No. 3072007), the Program for New Century Excellent Talents (NCET) in Chinese University Ministry of Education (Grant No. NCET-05-0059), and the Opening Funds from the State Key Laboratory of Explosion Science and Technology     

基于显微数字全息的生物薄膜折射率的测量

提出了一种基于显微数字全息相位重构图像的生物薄膜折射率的简便测量方法。利用角谱法对生物薄膜的显微数字全息图像进行重构,得到其复振幅分布,从中获得激光通过生物薄膜后的相位变化与薄膜厚度、薄膜中液体的折射率及薄膜折射率间的定量关系。通过等厚干涉和阿贝折射仪测得膜的厚度与液体的折射率,再从定量的相位变化中获得生物薄膜的折射率。以洋葱内表皮细胞层折射率的测量为例,进行了相应的实验验证,得到了波长为632.8nm下的折射率。理论与实验均表明,该方法是有效和切实可行的。     

基于小波变换的数字全息再现像质量提高方法

数字全息再现像中存在的散斑噪声严重影响了数字全息的应用,通过分析边缘检测方法和小波变换阈值去噪方法的原理,提出了一种基于边缘检测的小波变换散斑噪声去除方法。首先利用高斯-拉普拉斯算法获得边缘图像,进而通过Neyman-Pearson准则获得自适应阈值,并采用改进折中阈值函数对边缘图像和非边缘图像小波系数进行处理,将两者处理后的小波系数相加,并进行反变换得到处理后的图像。研究结果表明,该方法能够较好地在去除散斑噪声的同时保留图像细节。     

数字共轴全息中颗粒识别与定位

研究从全息重建颗粒图像中进行颗粒识别和定位的方法. 利用小波函数重建颗粒全息图,采用灰度阈值自动判定方法对所重建的三维颗粒场图像进行颗粒图像与背景的分离和颗粒判定.根据重建颗粒图像灰度的空间分布特点,采用灰度和颗粒面积双判据方法实现颗粒空间位置,特别是流场深度方向的准确定位.对已知记录距离的理想模拟颗粒群全息图进行重建测试,同时在共轴全息试验台上对已知记录距离的颗粒试验片进行颗粒识别和定位算法的测试和验证.结果表明,所提出的灰度阈值自动判定方法准确、有效,最大灰度和颗粒面积双判据方法能够更加准确地进行颗粒空间定位.     

一种基于全息原理的数字图像实时加密解密系统

提出了一种新的数字图像加密解密系统。该系统基于全息原理以及随机位相编码的思想,加密过程是通过全息记录原理以及随机位相编码方法在光学系统中实现的,解密过程借助于计算机,采用逆菲涅尔变换算法恢复出原图像。仿真结果表明提出的方法结构简单,成本低,能实现实时准确地加密并解密数字图像,并且密钥保密度高。     

高分辨率数字全息相衬成像技术

采用傅里叶频谱对数方法进行自动聚焦,建立一套显微数字全息记录光路.提出综合利用自动相位补偿程序和手动调节记录参量的方法,对强噪声干扰的全息图进行数值重建,得到美国空军分辨率测试板准确的相位像,实现横向大于2.38μm、轴向不超过10 nm的成像分辨率.实验结果表明,在强噪声情况下,利用自动相位补偿方法只能得到粗略的记录参量;要获得准确的相位信息,必须手动精调.记录高质量数字全息图是数字全息技术的关键.     

一种基于分块的DCT域数字图像水印算法

本文提出了一种有效的基于分块的DCT域数字图像水印算法。该算法首先对水印图像进行置乱处理,再将变换后的水印图像嵌入到DCT变换后的原始图像中。实验证明该算法具有很好的鲁棒性和不可见性,并能有效地抵抗JPEG压缩和旋转几何攻击。     

偶氮掺杂PMMA薄膜的偏振全息光调制研究

使用简并四波混频方法,研究了施受体型偶氮苯衍生物掺杂聚甲基丙烯酸甲酯薄膜的实时偏振全息光存储性能和机制,研究了全息光栅的时间特性与入射光偏振态之间的关系,比较分子结构材料的存储性能。研究证明了在低功率下,材料具有高度敏感的三阶非线性和实时全息光存储能力,这主要来源于光致顺反异构过程中偶氮分子的重新取向。