数字全息快速自动聚焦技术研究

摘要

数字全息术是一种可数字自动聚焦、全场定量高分辨成像技术，适用于样品的表面轮廓、厚度或折射率等测量，广泛应用于生物医学、MEMS/MOEMS、粒子场等成像分析。数字全息的自动聚焦整个过程在计算机中完成，可根据测量过程待测物体实际位置的变化情况，自动确定最优的重建距离，进而为测量提供可靠清晰的图像。因此，如何快速、准确地寻到最优重建距离是数字全息自动聚焦技术的一个关键问题。 课题“数字全息快速自动聚焦技术研究”的目的是分别针对单波长和双波长数字全息结构，开展快速、准确地自动聚焦技术研究。具体研究内容包括: 首先，在分析数字全息成像原理及数值重建原理基础上，确定采用角谱法为课题研究所采用的数值重建算法;进而在阐述数字自动聚焦原理基础上，分析了经典的数字自动聚焦算法，进而为后续研究奠定了理论基础。 其次，在分析余弦分值自动聚焦算法基础上，针对单波长数字全息技术，提出了基于频谱分值的自动聚焦算法，利用重建的相邻相位场分布，在频域中设计分值聚焦评价函数，以避免传统余弦分值自动聚焦算法需从频域再转换到空域的过程，大大提高自动聚焦效率。 再次，在分析双波长数字全息技术的理论基础上，提出了基于相关系数评价函数的自动聚焦算法，在同一距离上，分析计算两个波长分别重建得到的振幅场相关性，相对于双波长衍射差异自动聚焦算法，在保证聚焦准确性的同时，具有更好的收敛性。 最后，在分析关键采样技术基础上，将关键采样技术引入双波长相关系数自动聚焦算法中，通过改变参与聚焦迭代过程的物光衍射场的大小，减少参与计算的有效像素数目，大大提高自动聚焦效率。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1课题研究的背景及意义

1．2国内外研究现状

1．2．1单波长数字全息自动聚焦技术

1．2．2双波长数字全息自动聚焦技术

1．3本文主要的研究内容

第2章离轴数字全息基本理论

2．1离轴数字全息图的记录

2．2离轴数字全息图的重建

2．2．1菲涅尔变换算法

2．2．2角谱算法

2．2．3图像传感器的标定

2．3数字自动聚焦原理

2．3．1经典的自动聚焦算法

2．3．2“盲人”爬山搜索算法

2．3．3遍历搜索算法

2．4本章小节

第3章单波长数字全息快速自动聚焦算法

3．1基本理论

3．1．1余弦分值自动聚焦算法

3．1．2频谱分值自动聚焦算法

3．2仿真结果与分析

3．3实验结果与分析

3．4本章小结

第4章双波长数字全息快速自动聚焦算法

4．1基本理论

4．1．1双波长衍射差异自动聚焦算法

4．1．2双波长相关系数自动聚焦算法

4．2仿真结果与分析

4．3实验结果与分析

4．4双波长数字全息快速自动聚焦技术

4．4．1关键采样

4．4．2仿真结果与分析

4．4．3实验结果与分析

4．5本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢