数字全息中数值消零级方法及复用本领的研究

摘要

全息术是一种可实现记录与再现物体波前振幅和相位信息的重要测量手段。特别是随着近年来计算机技术与电荷耦合器件(Charge Coupled Device-CCD)的发展，CCD器件代替了传统的采用全息干版记录全息图的方式，并利用计算机技术实现全息图的数字再现，以此发展出了数字全息技术。该技术在全息存储、加密、显微成像、形貌检测等领域得到了广泛的应用。但在现有的数字全息技术中，再现像中零级像对再现结果的影响很大，会严重降低再现像的分辨率。这是目前数字全息研究领域中普遍面临的问题，因此寻找有效消除零级干扰的方法，一直是人们关注的热点。
　　 本文针对目前消零级方法中普遍存在零级抑制不彻底、滤波窗口选择困难、计算复杂耗时等问题，分别提出一种基于同态滤波的数值消零级方法和基于新型迭代算法的数值消零级方法。通过理论分析和实验验证，证明了所提两种方法的有效性。此外，本文还对采用空间立体角分复用技术的脉冲数字全息实时记录系统中，空间复用本领的极限问题进行了研究。具体的研究内容包括：⑴利用数字全息基本理论，研究了数字全息零级消除的原理与方法，对现有各种方法做出了详尽的分析和比较。⑵提出一种基于迭代方法的数值消零级新方法，对该方法进行了理论推导、计算机模拟和实验验证，实现了离轴数字全息中零级的消除，实验结果表明，该方法同现有方法相比，具有无滤波窗口选择主观性影响、无频域迭代等特点。⑶提出一种基于同态滤波的消零级新方法，对该方法进行了理论上的推导、计算机模拟和实验验证，证明了该方法的有效性。⑷分析了基于空间立体角分复用的脉冲数字全息实时记录系统的复用极限的问题，分别从空间频谱的几何分布、CCD的量化误差和传输位数等方面，分析了全息图的复用数量的问题。⑸提出以峰值信噪比(Peak Signal to Noise Ratio-PSNR)作为选择频谱滤波孔径的依据。以此计算出频谱空间的复用数量，提出采用层叠式频谱分布的方法，使频谱空间的利用更合理，并依据该方法对实验光路进行了改进设计。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

第一节 数字全息简介

1.1.1 数字全息概述

1.1.2 数字全息的发展

第二节 数字全息零级像消除简介

1.2.1 数字全息零级像消除概述

1.2.2 数字全息零级像消除方法的研究现状

第三节 脉冲数字全息简介

1.3.1 脉冲数字全息概述

1.3.2 脉冲数字全息的空间复用概述

第四节 本文的研究意义及创新点

第二章 数字全息原理

第一节 全息记录与再现

第二节 数字全息的基本原理

2.2.1 数字全息记录原理

2.2.2 数字全息再现原理

第三章 数字全息零级像消除原理及方法

第一节 普通消零级的方法

第二节 同态滤波的方法

第三节 迭代的方法

第四章 实验验证与结果分析

第一节 同态滤波数字全息零级像消除的实验分析

第二节 迭代方法数字全息零级像消除的实验分析

第五章 脉冲数字全息基本原理

第二节 空间角分复用系统复用极限的研究

第三节 脉冲数字全息空间角分复用能力实验分析

第六章 总结与展望

参考文献

致谢

个人简历及在学期间发表的学术论文与研究成果