广义相移数字全息干涉术算法理论及实验研究
发布时间：2021-11-14 22:13
1969年,美国贝尔实验室（Bell Laboratory）的Boyle和Smith发明了电荷耦合器件（Charge Couple Devices,CCD）,20世纪六十年代末,美国宇航局的Fossum发明了CMOS图像传感器“片上相机（camera-on-a-chip）”,CMOS即互补金属氧化物半导体（Complementary Metal Oxide Semiconductor,CMOS）。但是受限于当时的工艺技术,面阵光电器件直到90年代初才开始快速发展。传统全息术以干板作为记录介质,存在湿法处理以及难以精确复原等缺点,一直以来研究人员无法解决这一问题,伴随着面阵光电器件的快速发展,全息领域才有了爆炸式的突破——数字全息。数字全息技术采用数据化处理手段,可以将记录的数据和图像转化为数字信号,然后进行存储、处理、加工以及再现,可以实现光机算一体化。相移干涉术（Phase-Shifting Interferometry,PSI）是一种利用相移技术测量物光波前相位的干涉技术,可以从多幅（两幅及以上）携带一定相移量的干涉图中求取待测物光波前的相位分布信息。随着数字全息技术的应用研究和面...
【文章来源】：哈尔滨理工大学黑龙江省
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
数字全息术测量微型气体流量传感器的双波长轮廓Fig.1-2Dual-wavelengthprofileofaminiaturegasflowsensormeasuredbydigitalholography
哈尔滨理工大学工学硕士学位论文4图1-2数字全息术测量微型气体流量传感器的双波长轮廓Fig.1-2Dual-wavelengthprofileofaminiaturegasflowsensormeasuredbydigitalholography2001年，Dirksen等人使用无透镜傅里叶数字全息的装置对具有湿润且不稳定表面的生物样品（猪心脏瓣膜假体）进行了干涉测量[14]，如图1-3所示，这一实验证明了基于数字全息的干涉测量是可能的，即使对于生物物体也是如此。2005年，Javidi等人首次提出使用数字全息术进行三维图像的融合[15]，并且通过实验证明使用多分辨率小波分解的图像融合技术，可以增加通过使用多波长数字全息术获得的三维重建图像的细节和对比度。2006年，Montfirt和Colomb提出了一种多波长数字全息显微镜进行亚微米层析成像的方法[16]，该方法采用离轴几何结构，使用在k邻域中等间隔分离的多种波长进行记录，然后按照卷积法进行数值重建，获得了五级台阶的微结构，如图1-4所示。图1-3无透镜傅里叶变换数字全息测量心脏瓣膜假体表面形变。a）心脏瓣膜假体；b）全息干涉图；c）重构复振幅直接计算的包裹相位分布；d）解包裹和平滑之后的相位分布Fig.1-3LenslessFouriertransformdigitalholographymeasuresthesurfacedeformationofheartvalveprostheses.a)Heartvalveprosthesis,b)doubleexposureholographicinterferogram,c)reconstructedwrappedphasedistributiondirectlycalculatedbycomplexamplitude,andd)unwrappedandsmoothedphasedistribution
哈尔滨理工大学工学硕士学位论文5图1-4五级台阶分别在波长0、375、525、975、1200、1275nm处的重建部分的模拟结果（小写字母）和实验结果（大写字母），以及a）模拟目标和A）实验目标的样本平均振幅Fig.1-4Thesimulationresults(lowercaseletters)andexperimentalresults(uppercaseletters)ofthereconstructedpartofthefive-stepstepatthewavelengthsof0,375,525,975,1200,and1275nm,respectively,and(a)thesimulationtargetand(A)theaveragesampleamplitudeoftheexperimentaltarget2008年，Rappaz等人提出将双波长数字全息显微镜应用于生物医学中[17]，利用波长不同的光在细胞外介质中折射率不同的特性，分别测量细胞的折射率和细胞厚度。2012年，Choi和Seo等人将数字全息显微镜技术与粒子跟踪测速技术相结合提出了数字全息显微粒子跟踪测速（DigitalHolographicMicroParyicleTrackingVelocimetry，DHM-PTV）技术[18]，DHM-PTV技术可以以很高的空间分辨率测量微尺度流中的三分量三维（3C-3D）速度场，根据重建图像的强度值实现自动定焦，对微管中的红血球的运输和微流体设备中的3D流动进行了测量。2015年，Satake等人利用数字全息PTV可视化技术，通过使用核反应堆中冷却系统的水作为工作流体进行折射率匹配，采集到了粒子的全息条纹图像，实验装置图如图1-5所示，然后，通过重建粒子的位置，测得了球体周围的3-D速度场，从而保证了核反应堆的正常工作[19]。2016年，Hall等人将全光成像与数字在线全息技术（DigitalIn-lineHolography，DIH）对比[20]，追踪了水滴对水薄膜的冲击产生的次级液滴和来自shot弹枪的药丸，分别测量了粒子的三维位置、单个粒子尺寸和三分量速度矢量，证明对于固定的图像传感器，数字全息技术可以实现更高的
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于广义相移干涉术的数字全息实验[J]. 徐先锋. 实验室研究与探索. 2011(03)
[2]可采用任意未知相移的广义相移数字全息干涉术[J]. 蔡履中,徐先锋,王玉荣,孟祥锋,杨修伦. 激光与光电子学进展. 2009(02)
[3]相移器平移误差与倾斜误差不敏感相移新算法[J]. 郭红卫,陈明仪. 光学精密工程. 2000(02)
博士论文
[1]广义相移数字全息相移提取算法及应用研究[D]. 李杰.山东大学 2014
[2]广义相移数字全息干涉术相移提取及波前再现算法的理论及实验研究[D]. 徐先锋.山东大学 2008
硕士论文
[1]相位测量轮廓术在3D锡膏检测仪中的应用研究[D]. 吕磊.苏州大学 2018
[2]基于广义相移数字全息的理论与实验研究[D]. 张鲤.中国石油大学(华东) 2016
[3]数字全息测量微结构表面形貌算法研究[D]. 邹惠莹.哈尔滨工业大学 2014
本文编号：3495444
【文章来源】：哈尔滨理工大学黑龙江省
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
数字全息术测量微型气体流量传感器的双波长轮廓Fig.1-2Dual-wavelengthprofileofaminiaturegasflowsensormeasuredbydigitalholography
哈尔滨理工大学工学硕士学位论文4图1-2数字全息术测量微型气体流量传感器的双波长轮廓Fig.1-2Dual-wavelengthprofileofaminiaturegasflowsensormeasuredbydigitalholography2001年，Dirksen等人使用无透镜傅里叶数字全息的装置对具有湿润且不稳定表面的生物样品（猪心脏瓣膜假体）进行了干涉测量[14]，如图1-3所示，这一实验证明了基于数字全息的干涉测量是可能的，即使对于生物物体也是如此。2005年，Javidi等人首次提出使用数字全息术进行三维图像的融合[15]，并且通过实验证明使用多分辨率小波分解的图像融合技术，可以增加通过使用多波长数字全息术获得的三维重建图像的细节和对比度。2006年，Montfirt和Colomb提出了一种多波长数字全息显微镜进行亚微米层析成像的方法[16]，该方法采用离轴几何结构，使用在k邻域中等间隔分离的多种波长进行记录，然后按照卷积法进行数值重建，获得了五级台阶的微结构，如图1-4所示。图1-3无透镜傅里叶变换数字全息测量心脏瓣膜假体表面形变。a）心脏瓣膜假体；b）全息干涉图；c）重构复振幅直接计算的包裹相位分布；d）解包裹和平滑之后的相位分布Fig.1-3LenslessFouriertransformdigitalholographymeasuresthesurfacedeformationofheartvalveprostheses.a)Heartvalveprosthesis,b)doubleexposureholographicinterferogram,c)reconstructedwrappedphasedistributiondirectlycalculatedbycomplexamplitude,andd)unwrappedandsmoothedphasedistribution
哈尔滨理工大学工学硕士学位论文5图1-4五级台阶分别在波长0、375、525、975、1200、1275nm处的重建部分的模拟结果（小写字母）和实验结果（大写字母），以及a）模拟目标和A）实验目标的样本平均振幅Fig.1-4Thesimulationresults(lowercaseletters)andexperimentalresults(uppercaseletters)ofthereconstructedpartofthefive-stepstepatthewavelengthsof0,375,525,975,1200,and1275nm,respectively,and(a)thesimulationtargetand(A)theaveragesampleamplitudeoftheexperimentaltarget2008年，Rappaz等人提出将双波长数字全息显微镜应用于生物医学中[17]，利用波长不同的光在细胞外介质中折射率不同的特性，分别测量细胞的折射率和细胞厚度。2012年，Choi和Seo等人将数字全息显微镜技术与粒子跟踪测速技术相结合提出了数字全息显微粒子跟踪测速（DigitalHolographicMicroParyicleTrackingVelocimetry，DHM-PTV）技术[18]，DHM-PTV技术可以以很高的空间分辨率测量微尺度流中的三分量三维（3C-3D）速度场，根据重建图像的强度值实现自动定焦，对微管中的红血球的运输和微流体设备中的3D流动进行了测量。2015年，Satake等人利用数字全息PTV可视化技术，通过使用核反应堆中冷却系统的水作为工作流体进行折射率匹配，采集到了粒子的全息条纹图像，实验装置图如图1-5所示，然后，通过重建粒子的位置，测得了球体周围的3-D速度场，从而保证了核反应堆的正常工作[19]。2016年，Hall等人将全光成像与数字在线全息技术（DigitalIn-lineHolography，DIH）对比[20]，追踪了水滴对水薄膜的冲击产生的次级液滴和来自shot弹枪的药丸，分别测量了粒子的三维位置、单个粒子尺寸和三分量速度矢量，证明对于固定的图像传感器，数字全息技术可以实现更高的
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于广义相移干涉术的数字全息实验[J]. 徐先锋. 实验室研究与探索. 2011(03)
[2]可采用任意未知相移的广义相移数字全息干涉术[J]. 蔡履中,徐先锋,王玉荣,孟祥锋,杨修伦. 激光与光电子学进展. 2009(02)
[3]相移器平移误差与倾斜误差不敏感相移新算法[J]. 郭红卫,陈明仪. 光学精密工程. 2000(02)
博士论文
[1]广义相移数字全息相移提取算法及应用研究[D]. 李杰.山东大学 2014
[2]广义相移数字全息干涉术相移提取及波前再现算法的理论及实验研究[D]. 徐先锋.山东大学 2008
硕士论文
[1]相位测量轮廓术在3D锡膏检测仪中的应用研究[D]. 吕磊.苏州大学 2018
[2]基于广义相移数字全息的理论与实验研究[D]. 张鲤.中国石油大学(华东) 2016
[3]数字全息测量微结构表面形貌算法研究[D]. 邹惠莹.哈尔滨工业大学 2014
本文编号：3495444
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