数字全息复波前重建算法研究

摘要

数字全息术是用光敏电子器件CCD代替传统光学全息记录材料记录全息图，用计算机数值再现取代光学衍射实现再现像，实现了全息记录、存储、处理和再现全过程的数字化，给全息技术的发展和应用增加了新的方法。其在细胞培养观测、微电路检测、粒度分析、形貌和变形测量、透明场测量、信息安全等方面有着广泛的应用前景。在目前CCD器件性能限制的条件下，实现再现像与其它成分的良好分离、提高再现光场的信噪比是目前数字全息技术发展和应用中需要解决的关键问题，对这些问题的研究，将促进信息光学理论的发展。 本文在对全息术进行概述的基础上，阐述了数字全息术的发展、应用及国内外的研究现状，介绍了数字全息的基本原理和物光波前重建再现方法，对数字全息图的记录条件、再现光场的分离条件、分辨率等基本问题进行了分析研究；通过理论分析、计算机模拟和光学实验，着重对用一幅数字全息图重建物光波前的局域再现算法进行了研究，与傅里叶变换频谱滤波方法进行了比较；并将其应用于显微成像研究，取得了一些有意义的结果。主要工作及创新如下： 1.分析研究了记录面上物光波前重建和物面再现的基本方法；对数字全息的记录条件、再现光场的分离条件、分辨率等基本问题进行了分析讨论。 2.根据CCD记录全息图的特点，研究了在一定条件下重建物光波前的局域算法，该方法可用一幅全息图再现物体像同时消除零级项和共轭像。通过计算机模拟和初步的光学实验，证明了这种算法的可行性，为数字全息方法实现实时再现提供了新的思路和理论依据。 3.将用一幅离轴菲涅耳全息图再现像的两种再现算法——局域再现算法和傅里叶变换频谱滤波法进行了比较研究，得到不同算法获得清晰再现像的条件。 4.采用局域再现方法，对数字全息显微成像技术进行了初步的光学实验研究，得到一些初步的研究成果。

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摘要

第一章 引言

1.1全息概述

1.2数字全息技术的发展及应用

1.3本文的意义和主要工作

第二章 数字全息记录和再现的基本原理

2.1光波衍射理论

2.2 CCD采样与离散的傅里叶变换

2.3数字全息图记录的基本原理

2.3.1数字全息图记录的基本理论

2.3.2 CCD分辨率与参物光夹角的关系

2.4复波前重建的两种基本方法

2.4.1相移法

2.4.2傅里叶变换频谱滤波法

2.5数字全息再现的两种基本方法

2.5.1卷积再现法

2.5.2菲涅耳衍射再现法

2.6 CCD采样与再现像分辨率的关系

第三章 局域再现算法分析

3.1引言

3.2全息图记录原理

3.3复波前重建局域算法分析

3.4局域再现算法的实现

3.4.1计算机模拟

3.4.2光学实验

第四章 用一幅全息图重建物光波前的两种方法的比较

4.1引言

4.2计算机模拟两种再现方法的结果比较与分析

4.3光学实验两种再现方法的结果比较与分析

第五章 局域算法用于显微成像的初步研究

5.1引言

5.2数字全息显微实验光路的设计

5.3记录原理和再现方法

5.3.1记录原理

5.3.2再现方法

5.4用局域再现法得到的实验结果

第六章 结语

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文