全息图再现像中散斑噪声去除方法研究

摘要

随着时代的发展,全息术逐渐成为了信息光学的重要研究方向。全息术中的制备过程可分为两个过程：记录过程和再现过程。按照两个过程使用设备的不同，全息技术分为光学全息，数字全息和计算全息三大类。最早发明的全息技术是光学全息，它使用银盐干板来记录全息图，然后通过对全息图进行光学衍射得到再现像。计算全息利用了计算机和绘图仪，根据物光波的数学描述，将振幅与相位以一定的编码方式记录在透明胶片上，得到计算机合成的全息图。计算全息可以对虚拟的物体进行记录，而光学全息只能记录实际物体。
　　数字全息采用CCD元件取代银盐干板，所得结果输入进入计算机进行图像重建并获得再现像。数字全息和光学全息在记录光路上是一致的，都需要实际物体。数字全息结合了电子计算机技术和最新成像技术，免除了光学全息繁琐的物理、化学处理过程，同时具有成本低，成像效率高的优点。
　　散斑噪声是困扰全息图再现像的图像质量的重大问题。由于散斑噪声的存在，再现像的清晰度下降，图像边缘模糊不清，严重影响了全息术在各个领域的应用。散斑噪声产生的物理机理是：高相关性的激光在物体表面反射并相干叠加，从而在全息图上形成颗粒状的散斑噪声。目前去除散斑噪声的方法主要由光学方法和数字图像方法两种。本文的主要目标是研究如何使用数字图像的方法去除散斑噪声。
　　本文的工作目标和研究成果有：
　　1.首先文章从理论上介绍三种全息术。然后结合数字全息和计算全息的特点，使用博奇编码实现对全息图的记录和再现。对散斑噪声的产生机理进行研究，并通过matlab语句对全息图加入散斑噪声，从而得到含噪全息图和含噪再现像作为研究对象。
　　2.对常用的数字图像方法进行研究和比较，选取Lee滤波作为典型研究对象。Lee滤波是一种局域统计的空间滤波器，它对乘性的散斑噪声具有良好的抑制效果。在此基础上,研究者提出增强型的Lee滤波，这一算法根据标准差系数所处的范围选取不同的滤波器进行滤波。当标准差系数处于平坦区域和非发育区域时，分别使用均值滤波器和保留原值。本文对增强型Lee滤波进行改进，提出加权型增强Lee滤波算法。相比对比算法，这一算法有更好的峰值信噪比和图像质量。
　　3.本文提出了一种两步降噪法，即先采用脉冲耦合神经网络方法（缩写PCNN）对含噪全息图进行降噪处理，然后再对全息图再现得到的再现像进行Lee滤波处理。实验结果表明，同单纯使用Lee滤波对再现像进行去噪相比，本文算法具有更高的峰值性噪比，散斑指数和等效视数也有所改善。这表明本文方法能有效改善数字全息图的质量。

目录

第1章 引言

1.1 研究背景及意义

1.2研究现状

1.3 本文研究工作以及各章内容

第2章 全息术的理论基础

2.1光学全息

2.2计算全息

2.3数字全息

2.4本章小结

第3章 基于改进的增强Lee滤波的全息图重建像降噪方法

3.1 散斑噪声的乘性模型

3.2 常用的空间滤波器

3.3 改进的Lee滤波算法

3.4图像质量的评价

3.5 实验与结果分析

3.6 本章小结

第4章 结合PCNN与Lee滤波的全息图再现像降噪方法

4.1 Lee滤波与PCNN算法

4.2 实验结果与分析

4.3 本章小结

第5章 总结与展望

5.1全文总结

5.2本文的创新点

5.3工作展望

参考文献

致谢

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