数字全息波前重建研究

论文摘要

数字全息是采用电荷耦合器件代替传统的记录介质进行全息图的记录,并可以通过计算机软件进行数字全息的波前重建,实现了全息技术数字化、实时化。数字全息技术的众多优点,使其在粒子场检测、图像加密、高分辨显微成像等领域有很好的应用前景。本文围绕高质量数字全息图的获取,数字全息的波前重建及波前重建质量的提高三方面进行了研究,主要的工作如下:在高质量的数字全息图的获取方面,首先根据抽样定理、频谱分离条件,通过理论分析给出参考光的入射角及记录距离对全息图的影响规律。即参考光入射角的最大取值随电耦合器件（Charge-Coupled Device,简称CCD）像元大小的增大而减小,随波长的增加而增大;参考光入射角的最小取值由物的大小、CCD的有效尺寸及记录距离决定。且当记录距离满足一定范围时,并确保重建波前的正负一级及零级彼此分开的基础上,可最大程度记录物体丰富的细节结构。进而针对理论分析结果,设计了相应的实验,获得的实验研究结果与理论分析结果一致。在数字全息波前重建方面,首先对数字波前重建的重建距离进行了理论分析,得到波前重建距离与数字全息图缩放比率的平方成反比,与记录距离成正比。进而进行了数字重建实验,即利用MATLAB软件编写了数字重建程序,实现了数字重建,数字重建实验证实了波前重建距离与全息图缩放比率和记录距离之间的关系与理论分析一致。其次进行了数字全息波前的光学重建研究,对此设计相应的实验光路,分别采用振幅型空间调制器和相位型空间调制器对数字全息图的光学波前重建进行了实验研究,发现通过调整光阑大小,使照射到空间调制器的光斑大小合适,可以有效的减少空间调制器本身结构产生的衍射光斑对数字全息光学波前重建的影响;并且针对相位型的空间调制器,还可以通过调节其相位,增强数字全息波前重建像的亮度。在波前重建质量的提高方面,通过频域滤波和截取有效信息,以及图像处理方式进行了研究。研究结果表明,频域滤波能很好的去除零级和负一级波前重建像的干扰,有效地提高数字全息波前重建像的质量。恰当地截取有效信息,或将有效信息的相对位置移动,能在一定程度上减少直透光对数字全息波前重建像的影响。对获得的数字全息波前重建像,再运用图像处理的手段,能进一步提高了数字全息波前重建像边缘的质量。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 韩建武

导师: 王晓颖,李武军

关键词: 数字全息,波前重建,记录距离,重建距离,空间光调制器

来源: 西安工业大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学

单位: 西安工业大学

分类号: O438.1

DOI: 10.27391/d.cnki.gxagu.2019.000058

总页数: 80

文件大小: 4524K

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