多波长数字全息的应用研究

摘要

数字全息术是将光学全息技术与计算机技术相结合的一种技术,它除了具有传统光学全息的优点外,还有其独特的优越性,主要表现在省去了全息干板的化学处理过程并能够通过计算较为方便地得到光场分布的振幅和相位信息,因此越来越受到国内外研究者的广泛关注。
　　 由于数字全息术中采用的CCD的光敏面面积比传统光学全息中采用的全息干板面积要小得多,所以数字全息最大的问题之一就是CCD的低分辨率,比感光材料至少低一个数量级,这样就制约了数字全息术的应用。为此,研究者们提出了各种各样的方法来提高数字全息术的分辨率。总的来说,这些方法可以分为三类:图像处理法,增大数值孔径法和综合孔径法。
　　 本文首先对数字全息的记录和再现过程进行了系统的研究,针对菲涅尔衍射数字全息、无透镜傅里叶变换数字全息和像面显微数字全息进行了详细的理论分析和实验研究,得到了比较理想的二维重构图像。
　　 本文对已有的超分辨率方法的优缺点做了详细的分析,在此基础上提出了一种改进的综合孔径超分辨率数字全息方法,并对其进行了详细的理论分析和实验研究,得到了较为满意的实验结果。该方法是利用角分复用技术将不同波长的全息图同时记录在一张综合孔径全息图上而实现的,其优点是实时性、低成本、光路简单、实用性强。
　　 本文将综合孔径和多波长技术相结合,应用于彩色数字全息术中,并分析了使用黑白CCD记录一幅多波长数字全息图并恢复原图像色彩的原理及过程。同时对不同波长的再现像的融合技术进行了较为深入的分析和讨论。最后对彩色数字全息术进行了计算机模拟和实验研究,实验结果表明该方法可以较好的还原图像的色彩。
　　 本文中所有数字全息技术的研究及其记录过程均采用单次曝光技术,无需记录多幅全息图,便于在实时图像分析领域中的应用。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 研究背景

1.2 本课题研究的意义

1.3 本文完成的主要工作

第2章 全息技术理论分析和实验研究

2.1 引言

2.2 菲涅尔衍射数字全息

2.2.1 菲涅尔衍射数字全息的理论分析

2.2.2 菲涅尔衍射数字全息的实验研究

2.3 无透镜傅里叶变换数字全息

2.3.1 无透镜傅里叶变换数字全息的理论分析

2.3.2 无透镜傅里叶变换数字全息的实验研究

2.3.3 对全息图及再现像的后续处理

2.4 像面显微数字全息

2.4.1 像面显微数字全息的理论分析

2.4.2 像面显微数字全息的实验研究

2.5 本章小结

第3章 一种改进的综合孔径超分辨率数字全息方法

3.1 超分辨率数字全息方法概述

3.2 综合孔径超分辨率数字全息的理论分析

3.2.1 综合孔径数字全息图记录原理

3.2.2 综合孔径数字全息图再现原理

3.3 综合孔径超分辨率数字全息的实验研究

3.3.1 实验光路设计

3.3.2 实验结果

3.4 本章小结

第4章 彩色数字全息的研究

4.1 引言

4.2 彩色数字全息的理论分析

4.2.1 三基色原理简述

4.2.2 多波长数字全息图记录原理

4.2.3 再现过程理论分析

4.3 彩色数字全息的实验研究

4.3.1 计算机模拟实验

4.3.2 实验光路及结果

4.4 本章小结

第5章 结束语

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢