压缩感知三维重建参数对太赫兹数字全息再现的影响

发布时间：2020-05-11 19:01

【摘要】：由于太赫兹波可以穿透对可见光不透明的有机材料,同时光子能量较低,不会对生物体造成损伤,因此太赫兹成像技术可广泛应用于无损检测及人体安全检查等领域。随着信息与材料科学等技术的迅猛发展,太赫兹成像技术已成为研究热点。太赫兹三维全息成像技术是太赫兹全息成像技术的重要研究方向,由样本的三维图像可以获取比二维图像更加丰富的信息。本文利用主观及客观评价,仿真分析了实际情况下样本尺寸和轴向偏移对压缩感知三维数字全息再现结果的影响。为实现高质量的压缩感知太赫兹数字全息三维成像,本文首先研究了太赫兹同轴数字全息三维成像的仿真模型。阐述了同轴数字全息三维成像的仿真原理及模型,其中介绍了仿真算法即压缩感知的基本原理以便后续研究。最后重点对实际场景噪声模型进行研究,从而进一步与实际情况相吻合。为进一步提高压缩感知太赫兹三维成像的质量,由于样本尺寸影响透过的光多少,进而影响再现像的横向分辨率,再现距离影响再现像质量,所以进行了样本尺寸在不同的再现距离下对再现像质量影响的仿真研究。首先对两个样本进行仿真研究,为研究三维情况进一步研究三个样本时样本尺寸的影响。由于影响压缩感知方法三维重建精度的算法控制参数主要有迭代次数与稀疏限制参数,所以研究中找到不同初始位置的最佳的迭代次数与稀疏限制参数,进行比较分析,得到了最佳参数以适用于太赫兹波段。由于实际三维再现时重建平面的位置无法与样本的实际位置完全重合,将影响再现像的质量,我们进行了不同的轴向偏移对再现像质量影响的研究。首先仿真研究了样本尺寸为0.4mm时偏移量从0~0.9mm时再现结果的变化,并利用PSNR、MSSIM、瑞利判据、主观分析以及光强的变化来进行研究分析。为追求更高的横向分辨率,进一步从以上五个方面进行了样本尺寸为0.2mm时的偏移量影响的仿真研究,为太赫兹同轴数字全息实际实验做参考。
【图文】：

(a)全息图 (b)再现结果 (c)局部放大图 1-1 R 型信封再现结果[3]斯的 Valeriy Cherkasskiy 等人于 2005 使用 Macken Instruments 成像仪完成太赫兹数字全息成像[4]。实验中使用同轴数字全息系基于菲涅尔基尔霍夫积分，得到结果如图 1-2 所示[5]。图 1-2口的球面镜反射的光束形成的 3D 同轴全息图，图 1-2(b)为在其的小雕像，图 1-2(c,d)为小雕像的全息图及其重建，图 1-2(e,f)为中一个镜子上的形状及其重建。当太赫兹光束内没有任何物体时来像平行条纹。该实验证明了使用 TIP 成像器的高分辨率太赫兹D 全息图 (b)小雕像(c)小雕像全息图(d)小雕像重建 (e)Γ 的面罩 (f)Γ 的图 1-2 TIP 成像再现结果[4]

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看出“R”的形状。但是一些特征难以观察，，可能因于高斯光束的非均匀照明。(a)全息图 (b)再现结果 (c)局部放大图 1-1 R 型信封再现结果[3]俄罗斯的 Valeriy Cherkasskiy 等人于 2005 使用 Macken Instruments 热成像板（TIP）成像仪完成太赫兹数字全息成像[4]。实验中使用同轴数字全息系统，数值重建过程基于菲涅尔基尔霍夫积分，得到结果如图 1-2 所示[5]。图 1-2(a)由具有4.5mm 开口的球面镜反射的光束形成的 3D 同轴全息图，图 1-2(b)为在其中一面镜子前张贴的小雕像，图 1-2(c,d)为小雕像的全息图及其重建，图 1-2(e,f)为全息图 Γ附着在其中一个镜子上的形状及其重建。当太赫兹光束内没有任何物体时，“全息图”看起来像平行条纹。该实验证明了使用 TIP 成像器的高分辨率太赫兹全息术的可行性。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O441.4;TP391.41

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