基于电控液晶散射片的数字全息散斑去噪研究

数字全息中的散斑噪声对图像质量有很大的影响,而形成散斑噪声的原因之一是参考光和物光的相干度太高,对记录的全息图引入了不必要的噪声。文章研究了利用电控液晶散射片对相干光进行退相干的操作来实现散斑去噪;通过调整电压改变物光路中电控液晶散射片的散射效果,记录得到液晶散射片在多种散射效果下照射的全息图,多种散射效果下重建物体图像的等效外观指数各有不同,将各个重建图像对比得到最优结果;在最优散射效果下将全息图叠加进行重建,重建图像中的散斑噪声得到很好的抑制且比单副效果更好。通过理论分析和实验验证证实了所提出的方法对提高数字全息系统的成像质量有很大的应用价值。     

长工作距离显微成像数字全息合成孔径方法(英文)

提出了一种用于长工作距离下显微成像的数字全息合成孔径方法。首先,在不同斜入射照明条件下记录多幅包含不同物光频谱范围的数字全息图。然后,利用每一幅全息图通过数字方法重构并放大物体强度像。最后,通过非相干叠加这些强度像得到分辨力提高且散斑噪声减小的合成物体强度像。理论分析和实验结果表明,此方法可应用于长工作距离下的原位显微观测。     

使用改进型科勒照明系统的全场光学相干层析成像系统

研制了一套基于林尼克干涉仪结构的全场光学相干层析成像(FF-OCT)系统,以获得高质量的全场光学相干层析图像。不同于大多数FF-OCT系统所采用的光纤束照明方式,本系统采用卤素灯作为光源,搭建改进型科勒照明系统进行照明。选用Intel Pentium 4处理器芯片作为样品,对其内部结构进行了成像实验,通过四步移相算法根据四幅连续的相移干涉图像获得了样品的层析图像,实验结果证实了成像系统的可行性。使用改进型科勒照明系统的FF-OCT成像系统,与现有的FF-OCT系统相比,结构简单便于制作,且成本低廉,为实现高分辨率光学相干层析成像提供了简单易行的方法。     

多光束数字全息的研究

提出了一种多光束数字全息技术来解决当利用菲涅耳数字全息对全息图进行再现时,物体的多个表面无法同时再现得明亮、清晰.该方法是记录时采用多光束照明同一物体的多个表面,增强CCD上接收到的物体侧表面散射光的强度.实验成功地同时再现了物体的多个表面.同时,为了减弱再现像的散斑噪声,采用双线性插值和中值滤波处理图像,获得了质量高的三维物体的再现图像.     

像面滤波技术在无透镜傅里叶变换数字全息中的应用

无透镜傅里叶变换数字全息波前重建主要采用全息图的一次快速傅里叶变换方法,重建图像不能充分占有重建平面.本文基于像平面滤波技术,提出对物体局部区域光波场进行放大重建并让重建图像布满重建平面的方法,给出具有精细结构物体的数字全息波前重建实例.此外,将数字全息光波场重建视为具有方形出射光瞳的光学系统的相干光成像过程,导出了物体放大图像的分辨率与光学系统相关参量的关系,并通过实验给予证明.     

像面滤波技术在无透镜傅里叶变换数字全息中的应用

无透镜傅里叶变换数字全息波前重建主要采用全息图的一次快速傅里叶变换方法,重建图像不能充分占有重建平面.本文基于像平面滤波技术,提出对物体局部区域光波场进行放大重建并让重建图像布满重建平面的方法,给出具有精细结构物体的数字全息波前重建实例.此外,将数字全息光波场重建视为具有方形出射光瞳的光学系统的相干光成像过程,导出了物体放大图像的分辨率与光学系统相关参量的关系,并通过实验给予证明.     

散斑照明宽场荧光层析显微成像技术研究

介绍了一种新的宽场荧光层析显微方法.在传统宽场显微镜中引入散斑图案照明样品,控制散斑图案的动态变化,利用CCD相机记录对应的一系列荧光图像.由于焦平面内强度变化远比焦平面外强度变化剧烈,通过合适的算法能够获得焦平面的层析分辨的荧光显微图像.标定了系统参数,并研究了不同的图像重建算法对系统性能的影响,获得了不同生物组织样品的层析图像.实验表明,该显微方法能用于组织光学切片成像,在临床医学中具有实际应用价值. 关键词： 荧光 散斑照明 荧光显微 层析     

基于多角度无透镜傅里叶变换数字全息的散斑噪声抑制成像研究

在数字全息成像中,散斑噪声严重影响了再现像的信噪比和成像分辨率,因此为了提高数字全息成像质量,迫切需要抑制再现像的散斑噪声.分析并给出了矩形散射光斑的强度协方差,定量计算了特定实验条件下产生退相关散斑图样的最小角度差.结合透镜的性质设计并搭建了多角度无透镜傅里叶变换数字全息成像系统,利用光纤端面在透镜焦平面的二维机械移动代替传统反射镜的旋转,使照明光束在不改变照明位置和大小的同时,可任意改变光束方向.移动光纤端面使多角度照明满足最小角度差,获取了81幅数字全息图.利用单次快速傅里叶逆变换实现数值再现,对多幅再现像的强度像求平均,实验结果表明散斑对比度降低为单幅再现像的14.6%,使图像信噪比提高了6.9倍.该抑制散斑的多角度数字全息成像方法有效的抑制了散斑噪声,且成像光路结构简单,可操作性强.     

一种光学层析图像的多准则重建方法

光学层析成像是一个病态重建问题,为克服重建过程的病态性,提出将多准则优化理论引入到图像重建中。利用了三个用于光学层析图像重建的准则:平方误差函数、图像熵函数和局部平滑函数。采用向量优化方法将多准则优化问题转化为单准则优化问题求解。为了确定各个目标函数间的权重系数,提出一种动态权重系数求解方法。重建过程目标函数关于光学参量的梯度计算是关键,因此提出一种基于梯度树的计算方法。实验过程中对多准则重建结果和基于平方误差函数的单准则重建结果做了比较,证明该方法能够克服传统的偏重单一目标的单准则重建的不足,有效地重建光学层析图像,提高图像重建质量。     

改进的加权迭代多平面全息显示方法

在多平面全息图的设计过程中,为了减小各平面之间的相互串扰,本文提出了一种改进的加权迭代多平面全息图生成方法,使用权值约束来减少各平面之间的相互影响,从而提高多平面全息显示的质量。通过对全息图的约束控制,可以使各平面的目标强度分布更均匀,并且在不降低计算速度的前提下,该方法相比于未进行约束控制时相当或具有更高的重建质量。为了验证结果,使用了相同和不同的目标图像,对6个离散平面的多平面全息图进行了数值模拟与实验验证。本文为高质量的多平面全息显示提供了一种新方法。     

针对多散斑图的差分压缩鬼成像方案研究

鬼成像方案实现所需设备、成像的质量以及成像所花的时间是决定鬼成像技术可实用化的重要因素. 本文提出一种针对多散斑图的差分压缩鬼成像方案. 该方案通过连续探测多个独立的散斑图, 降低了热光鬼成像方案对探测器高时间分辨力的要求; 通过采用差分方法, 抑制了背景噪声和其他噪声源的干扰; 通过使用压缩感知重建算法, 有效地降低了鬼成像所需时间并同时提升成像的质量. 数值仿真结果表明, 对于二灰度“N” 图, 本方案在8000次的采样情形下与多散斑图鬼成像方案35000次采样的结果相比, 均方误差降低了96.9%、峰值信噪比提升15.1 dB. 对于八灰度“Pepper”图, 本方案与多散斑图鬼成像方案相比, PSNR提升11.4 dB. 本方案可降低探测设备的要求、提高成像质量、降低重建时间, 具有广阔的应用前景.     

Computer-generated kinoforms of real-existing full-color 3D objects using pure-phase look-up-table method

A computational method based on pure-phase look-up-table (LUT) is proposed for generating kinoforms of full-color real-existing three-dimensional (3D) objects. The principle of the pure-phase LUT method is described. 3D depth as well as color information of a full-color 3D object is obtained by the full-color 3D profile measurement approach based on binocular vision. The obtained full-color 3D data is decomposed into red (R), green (G), and blue (B) channels, and kinoforms of each channel are calculated from the depth map and color information of the corresponding channel using the pure-phase LUT method. In order to reduce the speckle noise of reconstructed full-color 3D image, sequential kinoforms of each color channel are generated by adding dynamic-pseudorandom phase factor into the object domain. Numerical reconstruction and optical reconstruction with a phase-only spatial light modulator (SLM) show that, with the proposed method, full-color holographic 3D display of real-existing full-color 3D objects is available.     

Comparative analysis of the resolving power of optoelectronic imaging systems upon incoherent and coherent illumination of objects

Results of calculations of the resolving power (according to Foucault) of optoelectronic imaging systems with incoherent and coherent illumination under the conditions of atmospheric phase distortions are presented. It is suggested that incoherent optical images are formed in the case of incoherent illumination and speckle images are formed in the case of coherent illumination. The shape of objects observed is estimated from these images. The resolving powers are shown to be practically the same in the formation of incoherent optical images and speckle images in the case of strong phase distortions and smoothing of images by a matrix photodetector. At the same time, the limiting resolving power in the formation of incoherent optical images is twice as large as in the formation of speckle images.     

The ‘fringe method’ and its application to the measurement of deformations,vibrations, contour lines and differences of objects

A variable sensitivity technique using the projection of a fringe pattern is demonstrated for mapping deformations, vibrations, contour lines and differences between two objects. The method does not require laser illumination and gives an opportunity for studying large objects with incoherent light, and is compared with other techniques such as holography or speckle. The limitations likely to be encountered in industrial environments are discussed. The realization and incoherent projection of gratings is also discussed.     

基于空间光调制器的非相干数字全息单次曝光研究

菲涅耳非相干相关全息术(Fresnel incoherent correlation holography,FINCH)利用在空间光调制器(spatial light modulator,SLM)上加载双透镜模式对同一物点光分束自相干,并通过改变加载的相位因子得到不同的相移全息图.本系统利用SLM可分区编码调制特性,将FINCH成像中SLM上分三次加载的0°,120°,240°相位双透镜掩模各提取1/3组成一幅复合相移模式加载,并研究了三种相位分布方式对FINCH成像质量的影响.结果表明:三个相位在SLM上分布间隔越大,再现像越清晰.在此基础上,提出了一种新的掩模加载方式,在SLM加载透镜阵列,每一个相位因子对应一个双透镜,具有一个光轴.实验表明,通过这种加载方式,通过SLM后形成的三个相移图能够一次在电荷耦合器上记录,并且三个相移图不重叠,然后通过MATLAB编程计算将不同相移角度的全息图分别提取出来,通过三步相移计算合成一幅包含有物光波的复值全息图,最后通过数值再现算法重建待测样品.此系统可用于对光源相干性较低的实时成像系统,也为微小形变测量、动态物体的观测提供了新方法,为非相干数字全息术的发展提供了新思路.     

Digital color holographic recording and reconstruction using synthetic aperture and multiple reference waves

This paper presents a method for recording and reconstructing high-quality digital color holographic images. The synthetic aperture technique is used to improve the resolution of the reconstructed image and also reduce the speckle size in the reconstruction plane. Subsequently, the multiple reference wave technique is used to suppress speckle noise in the reconstructed color holographic image by superposing speckle fields with different distributions. The final high-quality color holographic image is obtained due to the resolution improvement and speckle noise reduction achieved by the two techniques. Our method has potential applications in the digital color holographic displays.     

Reduction of speckle noise in digital holography by using digital image processing

A fundamental problem in optical and digital holography is the presence of speckle noise in the reconstruction process. Many approaches have been carried out in order to overcome such a problem ranging from modifying the spatial coherence of the illumination (optical techniques) to image processing techniques (digital techniques). This work shows the merged use of digital image processing techniques in order to reduce the speckle noise in digital reconstruction of optically recorded Fresnel's holograms. The proposed filtering techniques are illustrated with experimental results.     

一种改进型视角投影图像彩色计算全息术的三维重构算法

本文提出了一种利用三维景物的二维视角投影图像合成计算全息图,并重构出彩色再现三维影像的方法.该方法基于利用视角投影图像获取景物的三维傅里叶频谱的理论,采用电荷耦合器件记录三维景物在白光照明条件下横、纵两正交方向的一系列视角投影图像,并利用这些视角投影图像合成计算全息图,从而重构出三维再现像,通过采用在频谱面上的容余采样...     

Enhanced wavefront reconstruction by random phase modulation with a phase diffuser

A phase retrieval technique for enhanced wavefront reconstruction using random phase modulation and a phase diffuser is proposed. The speckle field generated is sampled at multiple axially displaced planes and the speckle patterns are used in an iterative algorithm based on the optical wave propagation in free space. The presentation of this technique is carried out using two setups. In the first setup, a diffuser plate is placed at the image plane of a metallic test object. The benefit of randomizing the phase of the object wave is the enhanced intensity recording due to high dynamic range of the diffusely scattered beam. The use of demagnification optics will also allow the investigations of relatively large objects. In the second setup, a transparent object is illuminated using a wavefront with random phase and constant amplitude by positioning the phase diffuser close to the object. The benefit of phase-only modulation is the increased resolution of the phase structures of the transparent test objects.