连续太赫兹同轴数字全息相位恢复算法和分辨率研究

摘要

太赫兹同轴数字全息技术具有光路简单、光源相干性要求低、易操作等优点，而且系统分辨率只受限于探测装置的数值孔径，因此越来越受到学者们的关注。但由于零级衍射光和共轭像的存在，会造成重建像细节模糊，影响重建像的质量，因此，有关重构算法的研究和讨论十分必要。另外，由于太赫兹光源不稳定、能量低以及探测装置灵敏度低等原因，有关太赫兹同轴数字全息的研究报道多只停留在实现层面，故其分辨率有待进一步研究。本文基于CO2泵浦的连续太赫兹激光器和热释电面阵探测器组成的太赫兹同轴数字全息成像系统，对单次曝光和二次曝光相位恢复算法及其关键问题进行了相关的研究，并仿真研究了该实验条件下，记录距离和探测器参数对单点分辨率的影响。
　　本文提出了一种基于全息图扩展与切趾运算的改进的单次曝光振幅约束相位恢复算法（T-APRA）；分别利用仿真全息图和实验数据验证了该单次曝光相位恢复算法在太赫兹同轴数字全息中具有可行性和适用性；同时，当成像目标为非孤立物体时，针对全息图扩展、全息图叠加帧数对改进的单次曝光振幅约束相位恢复算法重建结果的影响进行了相关的分析；另外，提出了一种基于阈值分割和形态学滤波的计算物面支持域的方法，并结合改进的单次曝光支持域约束相位恢复算法进行了重建，分别利用仿真全息图和实验数据，对算法的有效性和实用性进行了验证。在单次曝光相位恢复算法（T-APRA）的基础上，增加曝光次数，给出了两次曝光振幅约束相位恢复算法（DT-APRA）的基本计算流程；基于相同的仿真和实验数据，对比分析了单次曝光相位恢复算法与两次曝光相位恢复算法的作用效果；最后，分析了全息图叠加帧数对两次曝光振幅约束相位恢复算法的影响，以便通过减少全息图记录帧数减少获取全息图的时间。最后，基于Fournier等人在逆问题框架下提出的单点分辨率计算原理，计算了2.52太赫兹同轴数字全息成像系统中，物平面在探测器大小范围内单点分辨率的分布图；研究了不同的记录距离和探测器参数对各位置单点分辨率的影响。

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第1章 绪 论

1.1 课题研究的目的和意义

1.2 国内外在该方向的研究现状及分析

1.2.1 相位恢复算法在可见光同轴数字全息中的研究现状

1.2.2 相位恢复算法在太赫兹同轴数字全息中的研究现状

1.3 本文的主要研究内容

第2章 非孤立物体太赫兹同轴数字全息单次曝光相位恢复算法研究

2.1 太赫兹同轴数字全息成像的基本原理

2.2 单次曝光相位恢复算法的提出与关键问题研究

2.2.1 单次曝光振幅约束相位恢复算法的提出与基本计算流程

2.2.2 单次曝光相位恢复算法的优势性仿真研究

2.2.3 不同物面约束的单次曝光相位恢复算法重建结果对比分析

2.2.4 全息图扩展对单次曝光振幅约束相位恢复算法作用效果研究

2.2.5 全息图叠加帧数对单次曝光振幅约束相位恢复算法的影响

2.3 基于阈值分割与形态学滤波的物面支持域选取方法研究

2.3.1 计算物面支持域的图像处理方法

2.3.2 仿真结果及分析

2.3.3 实验结果与分析

2.4 本章小结

第3章 非孤立物体太赫兹同轴数字全息二次曝光相位恢复算法研究

3.1 二次曝光振幅约束相位恢复算法的基本迭代原理

3.2 二次曝光振幅约束相位恢复算法重建像质量研究

3.2.1 单次曝光与二次曝光相位恢复算法重建像质量对比分析

3.2.2 传统GS算法与二次曝光相位恢复算法重建像质量对比分析

3.3 全息图叠加帧数对二次曝光振幅约束相位恢复算法的影响

3.4本章小结

第4章 2.52THz同轴数字全息单点分辨率的仿真研究

4.1 同轴数字全息单点分辨率计算原理

4.2 记录距离对单点分辨率的影响

4.3 探测器参数对单点分辨率的影响

4.3.1 占空比的影响

4.3.2 像素数的影响

4.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

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