相移干涉数字全息技术研究
发布时间：2022-01-27 12:24
相移干涉数字全息显微技术是近年来发展起来的一种与数字技术相结合的用于微小物体显微成像的新技术。它主要利用光敏器件（如CCD、CMOS等）取代传统的光学全息干板对被测样品的全息图像进行记录并将其存储于计算机,然后利用特定的数学算法对其进行处理,计算出被测样品的三维形貌并在计算机中数值再现,从而实现被测样品的显微成像。这种方法因其具有的速度快、全场测量、非接触、实时、无需对样品进行特殊处理等特点,在形貌检测、纳米器件检测、生物观察、粒子场分析等诸多领域得到了越来越广泛的应用,因而成为了当前光学测量领域的研究热点。相移干涉数字全息术的基本思想是在全息干涉过程中通过在参考光中附加相移来改变物光与参光之间的相位差,从而获得若干幅相移干涉全息图并对其进行记录,然后在计算机中利用相应的数值算法对物光场的复振幅分布进行再现,最后达到相位重建及三维显微成像的目的。通过相移的方法能够消除全息再现过程中孪生像和零级像的干扰问题,改善再现像的质量。本文着眼于实用的数字全息系统的构建,重点研究相移干涉数字全息术,并完成了以下研究工作:1、对相移数字全息的产生和发展进程进行综述。对各种显微测量技术进行汇总归纳。介...
【文章来源】：河南大学河南省
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
显微测量技术分支汇总图[2]
相移干涉数字全息技术研究4幅信息及相位分布信息。而且在相位重建过程中，多幅干涉图样能够抵消掉干涉图样中的零级像和共轭像，因而能够快速、方便地再现被测物体相位分布。其主要工作流程如下图1-2：图1-2相移数字全息主要工作步骤示意图相移的概念诞生于二十世纪60年代的电子工程领域，Carre在1966年首次提出相移干涉的基本思想：在物光和参考光之间引入不同的相移形成不同的干涉图样，从若干幅干涉图样中再现被测样品的相位分布，其后Crane于1969年对该方法进行了改进与完善。1974年，Bruning等人将该技术引入光学测量领域，对透镜面型进行了质量检测[4]。随后，Wyant(1975年)[5]、Johnson和[6](1977年)等人对光学相移干涉这一方法进行了广泛深入的研究，并将其应用到多个领域。1998年，T.Zhang将相移技术应用于数字全息显微，相移数字全息显微由此产生[7]。光栅相移、偏振相移等多种获取相移的方法也不断涌现。最初，相移数字全息主要是在时间上分步采集若干幅具有不同相移量的干涉显微全息图，虽然具有精度高的优点，但因为是在时间序列上采集干涉图像，不能适用于动态样品的实时测量。为了提高相移数字全息的实时测量能力，同步相移方法随之产生[8-10]。2003年，美国的Smythe教授使用4台CCD组成了一个同步相移数字全息系统，从而实现了同时采集四幅相移干涉[11]，但是四台CCD记录干涉图样的实时性难以保障。2004年，日本的Y.Awatsuji等使用一个特制的掩膜版覆盖在CCD记录靶面前，使得记录靶面的不同区域记录的干涉图样之间具有不同的相移，从而利用一个CCD实现了同时采集多幅干涉图[12]。2006年，G.Rodriguze通过使用空间分光技术，在CCD记录靶面的不同位置分别记录具有不同相移量的干涉图，实现了使用一个CCD的同步相移?
佳?钠?均强度IO(x,y)、干涉图样的调制度I(x,y)和物光和参考光之间的相位差φ(x,y)都是未知数，从数学上来讲，之所以不能从式(1-3)中解出相位值，是因为方程中未知数的个数大于方程的个数，如果能够增加方程的个数，使之大于等于未知数的个数，就可以从方程组中求出相位值，这就是相移法的本质。因此，如果在干涉过程中，引入不同且已知的相移δi就可以得到关于IO(x,y)、I(x,y)和φ(x,y)三个变量的方程组，求解出φ(x,y)，从而可以获取物体的相位信息。此外，当i＞3时，理论上会有冗余方程，但对未知数的求解并无影响。图1-3为模拟的一个球面形状的相移物体在不同相移情况下的干涉图样。从图中可以看出：随着相移量的变化，干涉中各点的明暗强度出现整体变化，并且，相移量差为的两幅干涉之间出现了明暗翻转的变化[14]。(a)(b)(c)(d)图1-3模拟的球面相位物体相移干涉图样[2]。(a)相移量为0；(b)相移量为π/2；(c)相移量为π；(d)相移量为3π/2。由以上分析可知，利用三幅或三幅以上具有不同相移量i的干涉图，可以解得式(1-3)中的相位差φ(x,y)，再现待测相位的分布。在此过程中无需寻找和跟踪条纹的中心，并且
【参考文献】：
期刊论文
[1]相移条纹投影三维形貌测量技术综述[J]. 毛翠丽,卢荣胜,董敬涛,张育中. 计量学报. 2018(05)
[2]干涉条纹图相位特征提取的方法研究[J]. 吴文贤,江飞虹. 光电技术应用. 2018(04)
[3]基于两步广义相移干涉术的微纳形变测量[J]. 毕泽坤,徐先锋,王加栋,刘雨璇,张格涛,张志伟,白芬,张会. 光学技术. 2018(02)
[4]生物细胞定量相位测量与恢复方法研究进展[J]. 张璐,赵春晖,康森柏,赵宏,张春伟,袁莉. 中国激光. 2018(02)
[5]多步相移中被测件径向相移不均匀引入误差比较及校正[J]. 高芬,倪晋平,李兵,田爱玲. 光学学报. 2018(04)
[6]基于双色LED芯片的双波长像面数字全息显微术[J]. 邓丽军,黄星艳,曾吕明,黄振,刘国栋. 光学学报. 2018(01)
[7]相移干涉技术及相移获取方法研究进展[J]. 徐媛媛,时刻,王亚伟,刘景业,朱琼,尚梦园,潘熳颖. 激光与光电子学进展. 2018(02)
[8]基于压缩传感的相移同轴分数傅里叶变换数字全息[J]. 吴棋. 信息通信. 2017(07)
[9]四步相移法的非线性相位误差补偿方法[J]. 赵贤凌,刘建生,张华煜,武迎春. 中北大学学报(自然科学版). 2017(03)
[10]基于两步相移干涉的微表面形貌检测系统[J]. 蔡怀宇,李光耀,黄战华. 激光技术. 2016(01)
博士论文
[1]相移数字全息在ITO玻璃基板检测中的关键技术研究[D]. 朱帆.中国科学院大学(中国科学院西安光学精密机械研究所) 2018
[2]数字全息显微术及若干应用技术研究[D]. 邓丽军.南开大学 2014
[3]相移数字全息显微的理论与实验研究[D]. 闵俊伟.中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所） 2013
[4]物参共路干涉显微理论和实验研究[D]. 郜鹏.中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所) 2011
[5]菌紫质光致变色和光致各向异性的理论模拟及应用研究[D]. 韩俊鹤.中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所） 2008
[6]数字相移干涉术中图像处理和波前再现误差的分析及校正算法的研究[D]. 刘青.山东大学 2005
硕士论文
[1]移相数字全息技术[D]. 王佳琦.辽宁师范大学 2013
[2]数字全息再现像质量及应用的研究[D]. 杨涛.浙江大学 2010
本文编号：3612486
【文章来源】：河南大学河南省
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
显微测量技术分支汇总图[2]
相移干涉数字全息技术研究4幅信息及相位分布信息。而且在相位重建过程中，多幅干涉图样能够抵消掉干涉图样中的零级像和共轭像，因而能够快速、方便地再现被测物体相位分布。其主要工作流程如下图1-2：图1-2相移数字全息主要工作步骤示意图相移的概念诞生于二十世纪60年代的电子工程领域，Carre在1966年首次提出相移干涉的基本思想：在物光和参考光之间引入不同的相移形成不同的干涉图样，从若干幅干涉图样中再现被测样品的相位分布，其后Crane于1969年对该方法进行了改进与完善。1974年，Bruning等人将该技术引入光学测量领域，对透镜面型进行了质量检测[4]。随后，Wyant(1975年)[5]、Johnson和[6](1977年)等人对光学相移干涉这一方法进行了广泛深入的研究，并将其应用到多个领域。1998年，T.Zhang将相移技术应用于数字全息显微，相移数字全息显微由此产生[7]。光栅相移、偏振相移等多种获取相移的方法也不断涌现。最初，相移数字全息主要是在时间上分步采集若干幅具有不同相移量的干涉显微全息图，虽然具有精度高的优点，但因为是在时间序列上采集干涉图像，不能适用于动态样品的实时测量。为了提高相移数字全息的实时测量能力，同步相移方法随之产生[8-10]。2003年，美国的Smythe教授使用4台CCD组成了一个同步相移数字全息系统，从而实现了同时采集四幅相移干涉[11]，但是四台CCD记录干涉图样的实时性难以保障。2004年，日本的Y.Awatsuji等使用一个特制的掩膜版覆盖在CCD记录靶面前，使得记录靶面的不同区域记录的干涉图样之间具有不同的相移，从而利用一个CCD实现了同时采集多幅干涉图[12]。2006年，G.Rodriguze通过使用空间分光技术，在CCD记录靶面的不同位置分别记录具有不同相移量的干涉图，实现了使用一个CCD的同步相移?
佳?钠?均强度IO(x,y)、干涉图样的调制度I(x,y)和物光和参考光之间的相位差φ(x,y)都是未知数，从数学上来讲，之所以不能从式(1-3)中解出相位值，是因为方程中未知数的个数大于方程的个数，如果能够增加方程的个数，使之大于等于未知数的个数，就可以从方程组中求出相位值，这就是相移法的本质。因此，如果在干涉过程中，引入不同且已知的相移δi就可以得到关于IO(x,y)、I(x,y)和φ(x,y)三个变量的方程组，求解出φ(x,y)，从而可以获取物体的相位信息。此外，当i＞3时，理论上会有冗余方程，但对未知数的求解并无影响。图1-3为模拟的一个球面形状的相移物体在不同相移情况下的干涉图样。从图中可以看出：随着相移量的变化，干涉中各点的明暗强度出现整体变化，并且，相移量差为的两幅干涉之间出现了明暗翻转的变化[14]。(a)(b)(c)(d)图1-3模拟的球面相位物体相移干涉图样[2]。(a)相移量为0；(b)相移量为π/2；(c)相移量为π；(d)相移量为3π/2。由以上分析可知，利用三幅或三幅以上具有不同相移量i的干涉图，可以解得式(1-3)中的相位差φ(x,y)，再现待测相位的分布。在此过程中无需寻找和跟踪条纹的中心，并且
【参考文献】：
期刊论文
[1]相移条纹投影三维形貌测量技术综述[J]. 毛翠丽,卢荣胜,董敬涛,张育中. 计量学报. 2018(05)
[2]干涉条纹图相位特征提取的方法研究[J]. 吴文贤,江飞虹. 光电技术应用. 2018(04)
[3]基于两步广义相移干涉术的微纳形变测量[J]. 毕泽坤,徐先锋,王加栋,刘雨璇,张格涛,张志伟,白芬,张会. 光学技术. 2018(02)
[4]生物细胞定量相位测量与恢复方法研究进展[J]. 张璐,赵春晖,康森柏,赵宏,张春伟,袁莉. 中国激光. 2018(02)
[5]多步相移中被测件径向相移不均匀引入误差比较及校正[J]. 高芬,倪晋平,李兵,田爱玲. 光学学报. 2018(04)
[6]基于双色LED芯片的双波长像面数字全息显微术[J]. 邓丽军,黄星艳,曾吕明,黄振,刘国栋. 光学学报. 2018(01)
[7]相移干涉技术及相移获取方法研究进展[J]. 徐媛媛,时刻,王亚伟,刘景业,朱琼,尚梦园,潘熳颖. 激光与光电子学进展. 2018(02)
[8]基于压缩传感的相移同轴分数傅里叶变换数字全息[J]. 吴棋. 信息通信. 2017(07)
[9]四步相移法的非线性相位误差补偿方法[J]. 赵贤凌,刘建生,张华煜,武迎春. 中北大学学报(自然科学版). 2017(03)
[10]基于两步相移干涉的微表面形貌检测系统[J]. 蔡怀宇,李光耀,黄战华. 激光技术. 2016(01)
博士论文
[1]相移数字全息在ITO玻璃基板检测中的关键技术研究[D]. 朱帆.中国科学院大学(中国科学院西安光学精密机械研究所) 2018
[2]数字全息显微术及若干应用技术研究[D]. 邓丽军.南开大学 2014
[3]相移数字全息显微的理论与实验研究[D]. 闵俊伟.中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所） 2013
[4]物参共路干涉显微理论和实验研究[D]. 郜鹏.中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所) 2011
[5]菌紫质光致变色和光致各向异性的理论模拟及应用研究[D]. 韩俊鹤.中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所） 2008
[6]数字相移干涉术中图像处理和波前再现误差的分析及校正算法的研究[D]. 刘青.山东大学 2005
硕士论文
[1]移相数字全息技术[D]. 王佳琦.辽宁师范大学 2013
[2]数字全息再现像质量及应用的研究[D]. 杨涛.浙江大学 2010
本文编号：3612486
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