數字全息成像及其像質改善的理論與實驗研究.pdf

1、數字全息用光電傳感器件(如CCD、CMOS)代替?zhèn)鹘y(tǒng)全息材料記錄全息圖，用計算機模擬光學衍射過程來實現(xiàn)所記錄全息圖的數字再現(xiàn)，實現(xiàn)了全息的記錄、存儲和再現(xiàn)全過程的數字化。近年來，隨著計算機技術特別是高分辨率圖像傳感器的發(fā)展，數字全息技術及其應用研究備受國內外研究者的關注。在形貌和變形測量、粒子場測量與分析、數字全息顯微、圖像加密等方面，數字全息能夠充分發(fā)揮其特點和優(yōu)勢。但是，與傳統(tǒng)的全息記錄材料相比，CCD器件的分辨率還是比較低，因此限

2、制了在傳統(tǒng)光學全息中用于分離再現(xiàn)像、共軛像和零級衍射項的離軸全息記錄技術在數字全息中的應用，因為離軸記錄模式會大大降低記錄信息的有效帶寬。因此，相移技術作為同軸全息記錄中消除共軛像和零級衍射項對再現(xiàn)像影響的一種有效手段，在數字全息中得到了廣泛應用。但是，相移技術也有它的局限性，如記錄系統(tǒng)比較復雜，特別是需要有精確的相移裝置，記錄過程中相移的準確性和穩(wěn)定性在很大程度上決定了再現(xiàn)像的質量。因此，本論文通過理論分析、模擬計算和實驗，對數字全息

3、的記錄方式、再現(xiàn)方法和再現(xiàn)像面的精確定位等基本問題，進行了系統(tǒng)的研究，并取得了以下具有創(chuàng)新性的研究成果： 1.提出了一種基于兩幅在不同縱向衍射距離處記錄的同軸數字全息圖來實現(xiàn)被記錄物體的拉普拉斯二階微分再現(xiàn)的方法。通過分析物波在不同衍射距離處的衍射圖樣，我們發(fā)現(xiàn)將兩幅在不同縱向衍射距離處記錄得到的同軸數字全息圖直接相減然后再進行菲涅耳衍射再現(xiàn)可以實現(xiàn)被記錄物體的橫向拉普拉斯二階微分再現(xiàn)。與傳統(tǒng)的同軸數字全息相比較，該方法能較好的

4、消除零級自相關項和共軛項的干擾，并能得到邊緣增強的全息再現(xiàn)像。對以上方法給出了詳細的理論分析并對其進行了實驗驗證，然后分析討論了縱向位移量對微分結果的影響，通過計算機模擬和實驗找出了實現(xiàn)拉普拉斯二階微分再現(xiàn)的最佳縱向位移量的范圍。 2.分析比較了灰度方差法、灰度熵值法和拉普拉斯高斯濾波法(LoG)這三種數字成像過程中的自動聚焦算法，發(fā)現(xiàn)灰度方差法和灰度熵值法在同軸數字全息的自動聚焦過程中很難找到準確的再現(xiàn)像面，LoG判據函數則可