基于全息图放大的数字全息显微结构测量

针对典型预放大数字显微全息光路中存在的二次位相误差,本文设计了基于全息图放大的数字全息显微光路。此设计中,光束首先照射透明显微物体,然后与平行参考光干涉,形成全息图,最后经显微镜获得放大的全息图。这种光路从系统上直接消除了主要由球面波引起的位相畸变,有利于数字处理及实时化。作者以位相光栅(30 lines/mm,槽深约0.3 µm)作为实验样本,对此光路进行了分析研究,并分别用菲涅耳近似法和卷积法再现单幅全息图,同时获取了物体的强度信息和三维位相信息,位相深度的计算结果为0.27 µm。结果表明本文设计的光路对二次位相产生的离焦误差有明显的抑制作用。     

数字全息技术测量大气微粒场的研究

记录光路采用Mach-Zender干涉法,CCD作为记录介质,以数字的形式记录了微粒场的离轴菲涅耳数字全息图,利用Fresnel-Kirchhoff衍射积分数字再现出了微粒场的复振幅分布。通过对尺寸39μm大小标准粒子场的记录再现,分析确定了准确检测出标准再现粒子数量的灰阶阈值范围和面积阈值范围。以检测出标准粒子的阈值范围为基准,在相同测量条件下,对采样大气微粒场进行再现检测,准确检测出了不同再现截面上尺寸大小接近39μm及大于39μm的聚焦粒子的数量,并采用多截面再现平均测量法估算测量了采样大气微粒场中微粒的数量及浓度。     

同态滤波法抑制离轴数字全息零级项

针对离轴数字全息图受记录器件像元尺寸的限制而在数字再现时存在再现像受零级项串扰的问题,提出了一种抑制离轴数字全息零级项的方法.根据图像灰度可由图像照度及表面反射率共同决定的原理,将全息图看作入射分量和反射分量的乘积,利用入射分量变化缓慢且集中在低频段,反射分量反映图像细节并集中在高频段的特性,用同态滤波方法处理数字全息图.设计了同态滤波器,其上下限分别为0.001和1,直径为300 pixel.用该方法实现了对衍射距离为34 cm的菲涅尔数字全息图的零级项抑制,并对重构出的物光对比度以及物体的细节信息进行了增强.     

基于数字全息技术的变形测量

全息技术在测量、防伪中有大量应用.数字全息技术采用数字记录和计算机处理,实现测量的方法上有其特点.本文重点对数字全息技术实现变形测量的方法和具体算法开展了研究.论文首先总结了数字全息技术应用中的基本问题,包括数字全息算法问题和噪声抑制问题等.叙述了基于数字全息技术的变形测量基本思想,及相位恢复算法,同时分析了几种变形测量的实现方法,并提出了"2+2"步变形测量方法.该方法相对于"1+1"步变形测量方法,提高了测量精度,同时比"4+4"步变形测量法提高了动态性.本文建立了实验系统,获得了硬币的数字全息图,实现了常用的"1+1"步变形测量方法、相移算法的变形测量方法以及"2+2"步变形测量方法,给出了"2+2"变形测量的实验结果.实验结果表明在数字全息技术中结合相移技术进行测量,可以提高物波再现精度,进而提高变形等的测量精度.     

数字全息存储噪声分析

数字全息存储技术因具有能实现海量存储、可并行读出和超高速传输等特点而成为当今世界上的热门研究课题。目前,IBMAlmaden研究中心已经能够实现250GB/in2的数据存储密度。然而,由于存在各种噪声,导致误码率还比较高。首先介绍数字全息存储的基本原理,然后分析了存储过程的噪声来源以及抑制各类噪声的方法。尤其针对页内串扰噪声的抑制,介绍了像元误匹配补偿后处理技术。     

基于数字全息的单透镜表面轮廓检测

为了对光学元件的三维面型进行检测,提出了用数字全息的方法实现单透镜的非接触无损、高效率检测。首先构建了离轴透射式数字全息系统,采用角谱算法对数字全息图进行再现,然后采用HRO相减法消除零级衍射干扰像,提高全息图质量,利用最小二乘法对相位进行解包裹,进而获取透镜的三维轮廓信息。实验结果表明,数字全息技术能有效获取光学元件表面轮廓信息。     

光学元件表面的数字全息在线检测

针对光学元件表面质量在线检测的特点,设计了基于数字全息的三维再现检测系统.该系统采用离轴光路,避开了被测元件的光轴,在数字全息再现过程中应用倾斜相差补偿技术去除了由于离轴检测引入的倾斜相位畸变.在检测过程中,利用围绕光轴旋转被测元件的方法来改变入射照明光方向矢量和相应的观察方向,实现了多照明矢量合成孔径技术的应用,扩展了系统的检测距离,提高了系统分辨率.同时,多照明角度下检测数据的叠加,还有效地抑制了检测过程中出现的散斑噪声对结果准确度的影响.通过对分辨率板、高精度玻璃反射镜的检测实验,验证了该系统在光学元件表面检测中的作用.当记录距离为40 cm时,其分辨率能够达到10 μm,满足光学元件表面检测的需要.     

光学全息的数字实现

研究光学全息的数字模拟,探讨数字全息的数字重构方法,以菲涅耳衍射积分的实现方法为基础,采用MATLAB软件实现菲涅耳全息图的数字记录和数字重构模拟,给出模拟结果.利用离散菲涅耳衍射积分方法完成数字全息图的数字重构.利用数字图像处理方法对所得的数字全息图进行适当滤波处理,有利于消除零级像和孪生像,获得清晰的数字再现像.引入全息变换,根据全息图的不可撕毁性,研究了全息变换在数字图像压缩中的应用,对给定的二值化图像实现压缩存储及解压缩处理.     

分离式数字记录装置的两种记录算法

针对一种分离式数字记录装置,详细描述并比较了两种数据记录算法,且给出了一组典型实验结果,在某些应用场合,用方法二可以获得较长的数据记录时间。     

基于DSP的体全息存储器运动控制系统的设计

体全息数据存储器由于在容量和存储速度方面的巨大潜力,在信息处理、多媒体和大型数据库等方面具有广阔的应用前景.本文设计了一套以TI公司的DSP芯片TMS320LF2407A为核心的全息存储器的运动控制系统,介绍了系统的组成,工作原理,硬件设计和软件设计等,实验表明达到了设计要求.     

基于数字全息技术的钢球在线检测分选装置设计

从钢球在线检测装置的检测精度和检测效率出发,对钢球在线检测的检测方法和检测装置进行了研究设计。重点介绍了通过激光干涉获取钢球干涉全息图像的基本方法与装置设计方案,介绍了如何利用数字全息技术处理干涉图像及钢球等级评定和分选的具体方法。     

数字全息相位再现误差分析及抑制技术

为实现基于数字全息的三维轮廓测量,本文探讨了菲涅耳近似算法实现数字全息相位再现的误差及抑制技术。首先理论分析了基于菲涅耳近似算法实现全息相位再现所包含的误差项,然后计算机模拟了数字离轴全息图的记录和相位再现结果,在此基础,模拟分析了离焦误差、数字再现光波误差及样本深度对相位再现的影响。针对记录参考光波和光学器件所引入的相位误差及其不定性,本文提出利用相位相减全息图处理方法加以消除,并给出了实验结果加以验证。模拟分析结果表明,菲涅耳近似算法误差、离焦误差、数字再现光波倾斜误差、解包裹错误对相位再现结果都有不同程度的影响。若获得高精度的再现结果,对记录过程、再现参数选择和处理方法都要进行严格控制或适当的选取。     

数字全息位相拼接实验研究

数字全息拼接技术旨在实现较大物体的检测或在同样的测量面积下获得更高的空间分辨力,实现方法是采集被测物体多个子孔径的数字全息图,且保持相邻子孔径之间有一定的重叠区。分别精密再现各个子孔径的数字全息图,然后将各孔径的位相信息进行拼接,以获得全孔径的位相分布。分别处理了反射型分辨力板(子孔径数为2×4)和透射性微透镜阵列(子孔径数为4×4)两个样本的全息图,并给出了消除测量光束和参考光束非等光程所引入的误差的方法。     

数字相移全息干涉术用于高精度的形变测量

本文提出一种能定量确定全息干涉位移条纹的相位值的数字相移技术。该技术采用计算机控制采集数据和计算表面形变。探测器上每一点的相位值可由四帧连续的强度数据和每帧之间的参考相移求出。位移条纹的级次可由被测点的测得值加减２π确定，直到两相邻探测点之间的相位差小于π为止。实验结果表明这种技术能在±１°的精度内精确地细分条纹。     

傅里叶变换数字全息图的记录与 再现及实时化研究

为了有效的记录和再现物体的数字全息图,搭建了以液晶光阀(LCD)为透镜的傅里叶数字全息装置。根据全息理论,分析了傅里叶数字全息的记录、再现及实验原理,并进行了相应的数字图像处理,结果表明,傅里叶变换数字全息再现算法简单,缩短了再现周期,可实现准实时化。并成功应用傅里叶变换全息来对字母和数字进行实时相干识别。     

数字全息三维显示关键技术与系统综述

三维全息显示能够表现出与真实物体一样的深度和视差,是一种理想的三维显示方法.但是,三维物体计算全息图计算复杂且计算量巨大,因此,如何快速生成三维物体计算全息图是数字三维全息动态显示中的关键问题之一.本文首先论述了数字全息三维显示的关键技术,包括物点散射法、体视全息法、层析法等三种三维物体计算全息图实现方法,一种RGB分离的真彩色全息显示实现方法和若干提高全息再现像质的方法;然后对几种最新典型的数字三维全息显示系统进行了技术分析;最后总结了数字全息三维显示领域的发展动态,指出三维全息显示技术会朝着实时、动态、更大尺寸、更高分辨率方向发展.     

分离式数字记录装置的双级时隔记录算法

分离式数字记录装置是一种与外界无连结、也不与外界进行任何形式的无线通讯的记录装置。它主要用于对缓慢变化的被测量（如西部某地恶劣环境温度）进行长期自动的数据采集后，再取回用微机对其所记数据进行分析。其主要设计要求是简单、便宜、可靠、和存储器一次可记录时间（从装置存储器第一个单元记录有效数据算起，到最后一个单元被占。）长。在文献[1]中提出并讨论了时隔门限记录法，通过对被测量取一适当的门限值并采用一种特别的相对时隔记录方法，延长了存储器的可用时间。提出并详细描述了一个称为双级时隔记录法的新算法及其恢复算法，利用此方法，既可以获得较长的记录时间，又可以在一定程度上捕获得被测量的一结短时变化。在某些场合这样做是必要的。