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。     

基于彩色数字全息的透镜焦距检测

为了实现对凹凸透镜焦距的精准测量,采用彩色数字全息方法进行理论分析和实验验证,取得了与标称值相差1%的数据结果。结果表明,采用数字全息干涉测量方法是可靠的,可以获得与用透镜标称值重构相同的效果。该研究对数字全息波前的重建有帮助。     

离轴数字全息波前重建算法讨论

在离轴数字全息的应用研究中,将数字全息图视为单位振幅平面波照射下的光波场,利用1次快速傅里叶变换(FFT)计算菲涅耳衍射积分是最流行的物光波前重建方法(简称1-FFT法)。然而,用球面波为重建波,利用像平面滤波技术及角谱衍射理论,存在需要4次FFT的另一种波前重建方法(简称FIMG4FFT法)。基于快速傅里叶变换理论对这两种方法进行研究。结果表明,尽管FIMG4FFT重建方法需要进行4次FFT计算,却能用较少的计算资源高效率地重建同等质量的物光场。为便于实际应用,详细给出FIMG4FFT方法在彩色数字全息图像重建及物体微形变检测中的应用实例。     

数字显微全息中透镜组成像实验参数研究

在数字显微全息中,引入显微物镜之后,物体通过显微镜后所成像的位置难以确定,CCD接收到的图像的放大倍数并不是显微镜标示的放大倍数而是一不确定值,并且CCD离物体所成像的距离太近不能重建出清晰的图像。针对这些问题,提出当物体放置位置固定时,讨论在能重建出清晰图像的前提下,CCD与像之间满足的关系;CCD的放置位置固定时,给出物体的放置位置与CCD位置之间的关系。实验结果表明:经过透镜组之后,CCD放置在通过算法算出的距离之内时,能重现出清晰的全息图,当不满足物体与CCD之间的关系时,重现图质量较差。     

彩色数字全息常见波面重建算法的实现与比较

为了研究彩色数字全息检测应用中波面重建方法对重建场质量与计算速度的影响,及不同波长记录的重建场的准确融合,采用理论分析及实验验证的方法,给出了不同色光物光重建场准确重叠的方法及彩色数字全息波面实时再现的详细过程,并分析比较了几种波面重建算法的特点及计算速率。结果表明,使用球面波为重建光的可变放大率波面重建算法能适应各种大小的物体,且可获得较高分辨率的像,并占用较少的计算时间,能较好适用于彩色数字全息检测应用。     

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。     

高图像配准精度的非相干数字全息彩色成像

菲涅耳非相干相关全息是一种能记录非相干物体全息图的新型技术,在生物医学成像和三维遥感领域具有重要应用前景。针对高光谱成像过程中图像融合配准困难的问题,文中利用空间光调制器的可编程特性,设计并制作了波长分别为492、562、672 nm的三组焦距恒定的双透镜相位掩模,依次调用三种波长的掩模并记录对应波长下物体的全息图。由于三色记录光经对应波长掩模调制后在CCD表面汇聚的光斑位置及尺寸均相同,因此,全息图重建后获得的重建图像具有相同的横向放大率,可提高图像融合时的配准精度,免去繁杂的光谱图像空间配准算法,真正实现了全息彩色成像的高精度配准和实时融合。采用该系统记录骰子的全息图,经数值重建及色彩融合后得到了颜色重建性较好的彩色三维像。     

基于单片DMD的无透镜式彩色全息投影技术

通过调整R,G,B三色激光入射DMD的角度来解决彩色全息光电再现时各颜色分量的再现像中心无法重合这个问题。以彩色图的一单色分量为基准,对原始图中的物体进行倍率色差的消除;通过调整三色分量在全息图中的位置以及调节三色激光器入射角度来消除横向位置色差;设计一套基于单片DMD的无透镜式彩色全息投影系统,并通过光电再现实验,得到彩色全息再现图像。所提出的方法不仅再现光路简洁,而且不需要引入时序控制装置,仅需单片DMD就可以直接再现出彩色物体。     

非相干数字全息自适应光学波前校正特性研究

非相干数字全息自适应光学是一种新型的自适应波前探测和校正的技术。它利用全息图可以完整记录光波场的特性进行波前探测,结合适当的数值再现算法对光波前像差进行校正。基于菲涅耳非相干相关数字全息术(FINCH),从理论上阐明了非相干数字全息自适应的基本原理,并给出了数值仿真结果。采用改进的迈克耳孙干涉仪光路配置,分别记录待观测物体与引导星的全息图,利用引导星全息图的复共轭对待测物光波进行波前校正,从实验上定量地研究了引导星尺寸、选取位置对波前校正效果的影响,在系统各光学元件给定的情形下,明确了引导星选择的空间和系统等晕区范围,实现了良好的波前校正效果。     

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。     

全息透镜的设计

本文通过计算从透镜的入射面到其焦平面间的光程差来计算透镜引起的相位改变,提出一种用计算机设计全息透镜的方法,并考虑光在全息透镜和象平面间传输引起的相位改变,最后用模拟出一全息透镜。     

计算机制正弦闪耀全息透镜

用计算全息技术设计制作高衍射效率的正弦闪耀全息透镜。比利用光学方法制作简单易行。     

聚合物透镜的远红外色差和有效透射光谱

在50～500cm~(-1)光谱范围,计算了用高密度和低密度聚乙烯,聚4-甲基戊烯1(TPX),聚丙烯,聚四氟乙烯(PTFE)和聚苯乙烯制作的平面-凸透镜的色差和有效功率透射光谱。计算基于由色散傅里叶交换光谱测量结果推导出的光学参数。     

数字离轴无透镜傅里叶变换全息重建方法研究

为了提高再现像质量,对数字全息常见算法进行了比较研究.根据全息理论和线性系统理论,研究了利用菲涅耳近似法和基于瑞利-索末菲衍射积分的卷积法数值重建离轴无透镜傅里叶变换全息的方法,并做了计算机模拟.结果表明,在记录距离很短的情况下,尽管记录距离不满足通常的菲涅耳近似条件,菲涅耳近似公式仍然成立;自由空间脉冲响应的快速傅里叶变换在不同的记录距离性质不同,由瑞利-索末菲衍射积分利用卷积方法得到的再现像质不理想;对于离轴无透镜傅里叶变换全息显微来说,菲涅耳近似重建方法优于卷积方法.     

基于球面波载波的计算全息透镜的设计与分析

分析了基于球面波载波的计算全息透镜的设计方法，给出了载波参数应满足的条件和抽样间距、抽样点数与设计参数（焦距、孔径）之间的关系，讨论了实际数字化全息制作设备对输出全息透镜参数的影响并给出了参考解决方法。     

全息校正GRIN透镜像差

梯度折射率(GRIN)透镜的像差会导致像面弥散斑增大从而降低透镜的聚焦性能。基于激光全息成像理论,利用全息技术来校正GRIN透镜的像差,从而改善其聚焦性能。通过对GRIN透镜全息校正系统的仿真,计算了全息记录时通过GRIN透镜的物光波在全息图上的相位分布,得到其波像差为0.34λ;分析了全息再现时全息干版的轴向位移对像面弥散斑成像质量的影响,提出一种通过引入轴上点像差平衡轴外点像差的方法并进一步提高了聚焦性能。结果表明:应用该方法在1.5°视场内,弥散斑均方根半径值由14.1μm减小到7.2μm。在3°全视场内,弥散斑均方根半径值均在衍射极限范围内,能够满足GRIN透镜在重叠复眼成像系统中的聚焦要求。     

数字合成全息系统

研究了数字合成全息系统的原理，给出了分别使用薄膜晶体管液晶显示器（IFT－LCD）和数字微反射镜（DMD）做空间光调制器的两种数字合成全息的设计方案，其中第一种方案做了实验验证。得到了合成动态全息图。