无透镜相干衍射成像系统的降噪技术研究

发布时间：2021-10-21 12:50

　　相干衍射成像是一种通过测量衍射场的强度分布来获得物体的二维或三维物体形貌的成像技术。作为一种有效的无透镜成像方式,相干衍射成像可以实现不受透镜装置限制的分辨率,因而被广泛应用于x射线实验、电子光学激光器、高谐波光源,以及材料科学、计量学、生物学等领域。迭代式相位恢复算法在相干衍射成像技术中发挥着重要作用,然而,在相干衍射成像系统中会不可避免的引入噪声,影响了迭代式相位恢复算法的恢复效果。目前用于相干衍射成像的降噪算法不多,能够保留再现目标细节信息的降噪算法更少。因此,此条件下的降噪变得尤为重要。本文通过改进现有的多强度相位恢复算法来提高算法的鲁棒性,这也是相干衍射成像中的一项重要任务。重点研究在成像系统的不同阶段产生的噪声类型,充分论述了其对成像系统的影响。因此,本文的目的是通过对相干衍射成像系统引入噪声的分析,提出一种鲁棒性高的相位恢复算法,使相干衍射成像系统可以使用含有噪声的衍射图像来获得高质量的重建结果,其主要内容如下:（1）首先,通过分析噪声对相干衍射成像系统的影响,提出一套新的改进算法,得出了最合理的降噪方案,即在CCD采集时引入的噪声和直接在图像上引入噪声是等价的。其次,展... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：68 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

G-S算法的原理图

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文3对于第一次迭代，对象的估计分布(,)kgxy可以通过各种方法得到。比如：（1）通过将测量强度的平方根作为振幅和π到π的随机数分布作为相位结合获得远场分布，最后得到1g(x,y)；（2）一个随机复值分布乘以一个已知的支持也可得到1g(x,y)。“误差下降”的名称源于这样一个事实：在迭代例程中，第k次迭代的误差定义为2-22kkw=[|(,)(,)|]FkvENGvwFvw，只能小于或等于上次迭代的错误。迭代过程均使用图1-2所示进行重构。图1-2迭代相位恢复通用算法的原理图从ER算法中得到HIO算法，只需通过修改对象域中的约束条件即可。HIO算法中第k次迭代的步骤与ER算法相同，步骤(iv)除外：1(,)(,)(,)(,),(,)(,)kkkkxyxyxyxyxyggxygg+=，(1-5)这里β是一个常数，一般β取0.9。β的意义可以用类比在PID控制器中的线性分量的常数因子PK来解释。当1PK时，信号非常缓慢地收敛到所需值。当1PK时，信号表现出较大的振荡，收敛速度较慢。当PK被选为小于1时，信号平滑地接近期望值。(3)噪声对HIO恢复相位算法的影响首先，远场强度分布(傅里叶幅度)被各种类型的噪声所破坏，如泊松噪声、探测器读出噪声和系统中光学元件的寄生散射。其次，在单镜头实验中，测量到的分布通常是不完整的，包括一个缺失的中心(即探测器无法直接记录极低的空间频率信息)。HIO算法的一个重要特征是，只能对于无噪声的过采样衍射图，它的经验能力可以避免局部极小值并收敛到全局极小值[32-33]。它对先验信息的准确性也很敏感(例如，真实空间的支持需要紧密的支撑，特别是在复杂信号的情况下)。然而，在实践中，简单的基于混合输入输出的技术通常用于光学相位检索应用。如下图1-3所示，表示第n次迭代结果中?

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文4图1-3迭代过程中物域支撑外非零值的两个噪声源[43]对GS、ER、HIO算法进一步改进可得YG算法，其算法流程图如图1-4所示，关于算法更全面的细节可参考文献[34-35]。图1-4Y-G算法的原理图(4)提高相位恢复算法的抗噪特性考虑测量噪声和迭代中物域支撑外非零值的关系。首先定义频域测量误差为：=I+PI(1-6)使用该值可以将物域支撑外区域非零值分成两部分——一部分是只由噪声引起的()n_errn，另一部分是只由迭代量猜测不准确引起的()ph_errn：()()()modph_errn_err-1iarg()-1iarg()=InnnSeeS=++(1-7)这里，是物面迭代量，下标mod表示在频域进行了振幅约束，上标n代表第n次迭代，桐是频域迭代量，S代表支撑区域。我们可以进一步将噪声项写成离散形

【参考文献】：
期刊论文
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硕士论文
[1]基于多图像迭代相位恢复技术的计算成像特性研究[D]. 沈成.哈尔滨工业大学 2018
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本文编号：3449012