提高菲涅尔数字全息再现像质量的研究

论文摘要

数字全息术以CCD等光电探测器件记录全息图,用数值方法再现全息图,它是综合光学全息原理和计算机技术、电子技术以及数字图像处理技术发展起来的一种新型全息成像技术。通过理论分析、计算机模拟和光学实验等有效手段,本文研究了基于菲涅尔变换为基础的数字全息再现象质量提高的方法,主要包含了以下几个方面的内容:(1)从理论上详细阐述了数字全息图记录与再现的基本原理,建立了数字全息图记录和数值再现的数学模型,利用MATLAB语言编写了相应的程序,对记录的全息图进行分析处理,清晰再现出了物场,验证了理论的正确性。(2)详细分析了减均值及减参考光和物光值等几种针对数字全息图所进行的图像处理技术,并通过具体实验证明它们在消除直透光和共轭像等方面的作用。(3)对于基于图像拼接技术的合成孔径数字全息术,进行了实验验证了其正确性和可行性。使用相移片作为相移装置,进行了相移数字全息的实验,并且将相移技术与合成孔径数字全息术结合,在用于较大尺寸的记录和再现时,显示这种方法提高再现象质量的优点。(4)针对近距离数字全息衍射项中存在的不可忽略的高次相位,使用相位补偿方法,让物光的高次相位和参考光的高次相位相抵消,使整个再现计算重新满足菲涅尔变换条件,并讨论了相位补偿方法的适用范围。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 数字全息术概论
• 1.2 数字全息技术的研究方向
• 1.3 数字全息术的发展概况
• 1.3.1 国外发展概况
• 1.3.2 国内发展概况
• 1.3.3 数字全息现阶段的主要应用领域
• 1.4 数字全息术的相关技术
• 1.4.1 光电图像传感器技术
• 1.4.2 数字图像处理技术
• 1.4.3 MATLAB简介
• 1.5 本论文的选题背景及主要工作
• 2 数字全息记录和再现原理
• 2.1 光学全息基本原理
• 2.1.1 菲涅尔衍射
• 2.1.2 光学全息的记录和再现
• 2.1.3 同轴全息和离轴全息
• 2.2 数字全息基本原理
• 2.2.1 数字全息的数学模型
• 2.2.2 数字全息成像系统的物像关系
• 2.3 数字全息实验条件分析
• 2.3.1 不同参考光路对记录的影响
• 2.3.2 数字全息记录条件分析
• 2.4 数字全息的再现算法
• 2.4.1 卷积法
• 2.4.2 菲涅尔算法
• 2.4.3 重建算法比较
• 3 数字全息再现像质量的提高的方法
• 3.1 数字全息的实验光路
• 3.2 HRO相减法
• 3.3 全息图减均值法
• 4 合成孔径和相移数字全息术
• 4.1 合成孔径数字全息
• 4.1.1 合成孔径数字全息的基本原理
• 4.1.2 移动CCD和移动物体的合成孔径方法
• 4.1.3 子全息图拼接
• 4.2 合成孔径数字全息实验
• 4.2.1 实验光路及实验装置
• 4.2.2 实验结果及分析
• 4.3 相移数字全息
• 4.3.1 四步相移数字全息原理
• 4.3.2 相移数字全息实验结果和分析
• 4.3.3 相移和合成孔径相结合的数字全息术
• 5. 相移数字全息中的相位补偿
• 5.1 近距离相移数字全息的光场近似
• 5.2 数字全息中相位补偿条件的分析
• 5.3 近距离相移数字全息实验研究及分析
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢