数字全息再现像质量的研究

论文摘要

数字全息术是光学全息术、光电成像技术和计算机技术相结合的产物。该项技术秉承了光学全息术的记录和再现理论,用电荷耦合器件(CCD)代替传统的全息干板记录全息图,并用计算机重构取代光学再现,实现了全息记录、存储、处理、再现、分析等全过程的数字化,给全息术的发展和应用增加了新的方法。在小视场三维测量领域中,如三维形貌测量、形变测量、微应力测量、粒子场监测、细胞观测、微电路检测等许多方面,数字全息都能够充分发挥其特点和优势,有着广泛的应用前景。目前,在CCD等光电成像器件的性能和工艺水平的限制下,实现数字全息再现像与直透光和共轭像的良好分离、提高其分辨率和信噪比是目前数字全息技术发展和应用中亟待解决的关键问题,对于这些问题的研究将促进信息光学理论的发展。本文在对全息术的发展史和基本原理进行概述的基础上,简要介绍了数字全息术的发展情况、国内外的研究现状及与其相关的各项技术,详细阐述了数字全息术的记录和再现理论,建立了数字全息记录和再现的数学模型,分析和研究了数字全息图的记录条件、再现像的分离条件、影响再现像分辨率的因素等基本问题。通过理论分析、计算机模拟和光学实验等有效手段,本文着重研究了以下两个方面的内容:(1)详细分析了空域微分算子处理、频域滤波、减均值及减参考光和物光值等四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。最后,比较了几种方法的优缺点。(2)通过对数字全息记录条件的详细分析,确定了影响数字全息再现像分辨率的主要因素。从这些因素入手,提出了一项能够有效提高数字全息再现像分辨率的技术——基于图像拼接技术的合成孔径数字全息术,并通过实验验证了上述理论的正确性和可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 全息术概述
• 1.2 数字全息术概述
• 1.3 数字全息术的国内外研究现状
• 1.4 数字全息术的应用及存在的问题
• 1.5 本论文的选题背景及主要工作
• 2 数字全息术的基本问题分析
• 2.1 引言
• 2.2 光波的干涉和衍射
• 2.2.1 光波前的数学描述
• 2.2.2 光波的干涉
• 2.2.3 菲涅尔衍射
• 2.3 光学全息术的基本原理
• 2.3.1 光学全息的记录和再现
• 2.3.2 全息图的分类
• 2.4 数字全息的相关技术
• 2.4.1 光电图像传感技术
• 2.4.2 数字图像处理技术
• 2.4.3 二维傅立叶变换的基本理论
• 2.4.4 MATLAB程序设计语言简介
• 2.5 数字全息术的记录和再现理论
• 2.5.1 数字全息术记录和再现的数学模型
• 2.5.2 数字全息术的记录条件分析
• 2.5.3 数字全息再现像的位置
• 2.5.4 数字全息术的再现算法
• 3 数字全息再现像中直透光和共轭像的滤除
• 3.1 引言
• 3.2 频域滤波法
• 3.2.1 算法原理
• 3.2.2 实验结果及分析
• 3.3 空域微分算子处理法
• 3.3.1 算法原理
• 3.3.2 实验结果及分析
• 3.4 全息图减参考光和物光值法
• 3.4.1 算法原理
• 3.4.2 实验结果及分析
• 3.5 全息图减均值法
• 3.5.1 算法原理
• 3.5.2 实验结果及分析
• 3.6 小结
• 4 基于图像拼接技术的合成孔径数字全息术
• 4.1 引言
• 4.2 数字全息再现像的横向分辨率
• 4.2.1 数字全息再现像横向分辨率的表达式
• 4.2.2 影响数字全息再现像横向分辨率的因素
• 4.3 基于图像拼接技术的合成孔径数字全息术的基本原理
• 4.3.1 合成孔径数字全息术的原理
• 4.3.2 基于特征识别的图像拼接技术
• 4.4 实验结果及分析
• 4.4.1 实验光路及实验装置
• 4.4.2 实验结果及分析一
• 4.4.3 实验结果及分析二
• 4.4.4 实验结果及分析三
• 4.5 小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢