同轴全息显微镜的再现像重建算法研究

发布时间：2021-11-25 06:14

　　数字全息是一种全新的三维成像技术,近年来得益于计算机处理技术和光电传感器制作工艺的提升而迅速发展起来,数字全息的重建再现过程可以通过计算机模拟,能够实现从记录到重建的全程数字化。它具有传统全息的全视场、非接触、可获取三维深度信息等优点,同时也能应用计算机图像处理进行去噪,提高全息图的质量。由于计算机数字化的灵活性,数字全息有着测量准确,存储处理方便等优势。同轴数字全息因其无需复杂的物理光学调制器,具有价格低廉、原理简单、对光电传感器的空间带宽利用效率高等优点,因此被广泛应用。但是由于物光和参考光的同向传播,导致重建过程中存在直流项、共轭像和失焦伪影与真实像重叠,严重影响重建效果。因此,如何消除共轭像和失焦伪影等噪声影响,提高重建质量,是同轴全息技术亟待解决的问题。针对以上问题,本文的主要研究工作内容如下:1、本文提出一种基于稀疏差异压缩感知算法,解决了同轴全息显微镜的重建中产生共轭像与真实物象混淆的问题。波的传播过程中的傅里叶变换具有转换基性质,引入压缩感知技术,根据共轭像和真实像的锐化程度的不同,通过全变差稀疏约束迭代消除共轭像。与传统的相位复原算法对比,仿真试验和全息图重建实验的结... 

【文章来源】：郑州大学河南省 211工程院校

【文章页数】：72 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

离轴数字全息记录过程示意图

2理论基础10数字全息图的重建过程是用计算机模拟光波的衍射反传播来实现的，重建过程如图2.2。图2.2离轴数字全息重建过程示意图图中ccxy表示全息图平面，iixy表示重建成像平面，2z为全息图记录平面和重建成像平面之间的距离。用参考光来照射全息图，获得原始物体的振幅和相位分布。根据光波的衍射定理，用计算机模拟光的衍射传播过程，将全息图记录平面上的物光波的复振幅分布传播到重建平面，以实现数字全息再现像的重建，当记录过程中的目标物体平面到全息记录平面的距离1z和重建过程中全息图记录平面和重建成像平面之间的距离2z相等时，即可获得原始物体的聚焦再现像。离轴全息图虽然通过改变物光和参考光传播方向的夹角，做到分离直流项和共轭像的目的，但是，对光电探测器的带宽积的利用率较低，导致获得的全息图片的分辨率低。2.3同轴数字全息在同轴数字全息的光路系统中，物光和参考光沿同一方向传播，拥有相同的光路性质，因此，数字全息的同轴系统具有光路简单，受介质干扰小，且对光电探测器表面的传感面积利用率高，价格低廉等优点。同轴数字全息根据光源的不同，可分为平面波和球面波；本节以球面波作为光源为例来介绍同轴全息的记录成像和重建的特点。图2.3描述了用点光源照射的同轴数字全息系统的记录过程，其中ppxy、ooxy、ccxy分别表示点光源、目标物体和全息图记录所在

2理论基础11平面的坐标系；0z为点光源到物平面的距离，1z为物平面到记录平面的距离。点光源发射波长为的球面波照射物体，经过物体的衍射而形成的光波为物光波，直接透过的光波为参考光波，沿同一个方向传播到记录平面，并在记录平面上进行干涉，形成的干涉图样被CMOS记录下，实现全息图的记录，球面波传播到物平面后的归一化振幅表达式为：()()220exp2opopjkAxAyBz=+（2.5）其中k=2表示球面波数，()ppA，B表示点光源在其所在平面的位置坐标，假设在物平面上的物体的复振幅表达式为：图2.3同轴数字全息记录过程示意图(,)(,)exp(,)oooooooUxy=axyjxy（2.6）上式中,(,)ooaxy和(,)ooxy分别为物体在物平面上的振幅和相位分布。(,)ooaxy也可以表示为：(,)=1(,)ooooaxybxy（2.7）(,)oobxy为物目标物体的吸收系数。则式（2.6）还可以表示为：(,)(,)oooooUxy=C+txy（2.8）上式中C表示未被物体调制的部分，且0C1，将由此项生成参考光，(,)ootxy

【参考文献】：
硕士论文
[1]基于数字全息术的水下气泡场探测研究[D]. 韩正英.中国海洋大学 2010
[2]数字全息原理及应用的研究[D]. 贾昉.西北大学 2008
[3]水下粒子场数字全息探测方法研究[D]. 钟强.中国海洋大学 2008



本文编号：3517569