數(shù)字全息成像及其像質(zhì)改善的理論與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、數(shù)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(jì)算機(jī)模擬光學(xué)衍射過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)所記錄全息圖的數(shù)字再現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了全息的記錄、存儲(chǔ)和再現(xiàn)全過(guò)程的數(shù)字化。近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)特別是高分辨率圖像傳感器的發(fā)展，數(shù)字全息技術(shù)及其應(yīng)用研究備受?chē)?guó)內(nèi)外研究者的關(guān)注。在形貌和變形測(cè)量、粒子場(chǎng)測(cè)量與分析、數(shù)字全息顯微、圖像加密等方面，數(shù)字全息能夠充分發(fā)揮其特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。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(xué)全息中用于分離再現(xiàn)像、共軛像和零級(jí)衍射項(xiàng)的離軸全息記錄技術(shù)在數(shù)字全息中的應(yīng)用，因?yàn)殡x軸記錄模式會(huì)大大降低記錄信息的有效帶寬。因此，相移技術(shù)作為同軸全息記錄中消除共軛像和零級(jí)衍射項(xiàng)對(duì)再現(xiàn)像影響的一種有效手段，在數(shù)字全息中得到了廣泛應(yīng)用。但是，相移技術(shù)也有它的局限性，如記錄系統(tǒng)比較復(fù)雜，特別是需要有精確的相移裝置，記錄過(guò)程中相移的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性在很大程度上決定了再現(xiàn)像的質(zhì)量。因此，本論文通過(guò)理論分析、模擬計(jì)算和實(shí)驗(yàn)，對(duì)數(shù)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(wèn)題，進(jìn)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(shù)字全息圖來(lái)實(shí)現(xiàn)被記錄物體的拉普拉斯二階微分再現(xiàn)的方法。通過(guò)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(shù)字全息圖直接相減然后再進(jìn)行菲涅耳衍射再現(xiàn)可以實(shí)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(shù)字全息相比較，該方法能較好的

4、消除零級(jí)自相關(guān)項(xiàng)和共軛項(xiàng)的干擾，并能得到邊緣增強(qiáng)的全息再現(xiàn)像。對(duì)以上方法給出了詳細(xì)的理論分析并對(duì)其進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，然后分析討論了縱向位移量對(duì)微分結(jié)果的影響，通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬和實(shí)驗(yàn)找出了實(shí)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(shù)字成像過(guò)程中的自動(dòng)聚焦算法，發(fā)現(xiàn)灰度方差法和灰度熵值法在同軸數(shù)字全息的自動(dòng)聚焦過(guò)程中很難找到準(zhǔn)確的再現(xiàn)像面，LoG判據(jù)函數(shù)則可