分数傅里叶变换全息图及其再现像的解析性

将分数傅里叶变换用于全息图制作,针对各种记录方式,全面研究了分数傅里叶变换全息图无透镜再现像的共轭关系和放大率关系,确切完整地给出了分数傅里叶全息术傍轴几何光学理论的数学表达和物理解释.计算机模拟实验证明了结论的可靠与可行.     

基于位相变更的非相干数字全息自适应成像

菲涅耳非相干数字全息作为一种非扫描的三维成像技术具有其独特的优势,但其成像过程中会受到各种像差的影响,导致成像分辨率、再现像的质量降低.为了解决这一问题,可以结合适当的自适应光学技术对波前像差进行探测和校正.位相变更是一种基于两幅具有已知位相差的强度图像实现波前探测和像差校正的技术.本文发展了基于位相变更的非相干数字全息自适应成像技术,不需要引入引导星,利用全息记录过程中的两幅相移全息图,实现波前像差的探测.本文给出了所发展技术的数值仿真和实验结果,结合位相变更算法求解出系统像差的位相分布,将像差的共轭位相加载到光瞳面上,在全息图记录的同时校正像差,从而提高重建像的质量.     

相移同轴无透镜傅里叶数字全息的分析与实验

应用菲涅耳衍射和全息理论，详细分析了无透镜傅里叶变换数字全息图的记录、再现方法和再现像的特点，分析了相移数字全息图的记录和再现方法，并进行了相应的实验验证。结果表明：直接对无透镜傅里叶数字全息图进行傅里叶逆变换可同时得到与物体完全相同的再现像及其共轭像；同轴无透镜傅里叶数字全息术能最大程度满足CCD对采样条件的要求，从而可以增大记录物体的尺寸，减小记录距离，明显提高再现像的清晰度和分辨率；相移数字全息术能有效地消除数字再现光场中的零级光场和共轭像，显著提高再现像的信噪比。条件许可时，相移同轴无透镜傅里叶数字全息术是目前解决数字全息术中再现像的分离与满足采样条件之间矛盾的最佳方法。     

可见光再现X射线无透镜傅里叶变换全息图的可行性研究

本文探讨了可见光再现Ｘ射线无透镜傅里叶变换全息图的可行性问题，结论是，可见光再现Ｘ射线无透镜傅里叶变换全息图，可以做到不但没有球差，而且在一定条件下慧差也可完全消除，其余像差也可校正最小，以臻忽略不计。     

显微数字全息中物光波前重建方法研究和比较

根据全息理论和线性系统理论,采用离轴无透镜傅里叶变换全息记录光路,对利用菲涅耳近似法、基于瑞利—索末菲衍射积分的卷积法以及角谱理论方法数值重建全息图进行了比较研究,并做了计算机模拟验证.结果表明：菲涅耳近似法和角谱方法重建像质比较好,且菲涅耳方法重建速度快；在记录距离极小的情况下,尽管记录距离不满足通常的菲涅耳近似条件,菲涅耳近似公式仍然成立；自由空间脉冲响应的快速傅里叶变换的性质与距离有关,由卷积方法得到的再现像只在某一特定距离下比较理想；对于极小物场、大孔径显微数字全息来说,菲涅耳近似重建方法是较为有效的方法.     

无透镜傅里叶变换全息图在欠采样条件下的数值再现分析

在理论分析无透镜傅里叶变换全息图记录的基础上，结合CCD的结构特点，用傅里叶频谱方法具体研究了无透镜傅里叶变换全息图在欠采样条件下的再现问题.指出在无透镜傅里叶变换全息术中，对有限尺寸物体而言，在记录过程不满足申农（Shannon）采样定理的条件下，仍能完整再现出物体的像.同时对再现像的变化特点进行了理论说明.所得的实验结果与理论分析一致.     

无透镜傅里叶变换全息图数值再现中的图像处理

针对无透镜傅里叶变换全息图数值再现过程的特点，提出了一套不同于以往的削弱或消除全息图0级衍射和孪生像的数字图像处理算法。该算法分为三步。首先，对所拍摄的数字全息图通过高通滤波实现衬比度增强预处理，以提高全息图的衍射效率并消除再现图像的0级衍射斑；其次，对再现图像进行带通及Ⅴ型滤波，以降低背景噪声并使再现视场均匀；最后，对所得到的再现像进行平滑处理，通过小波滤噪和中值滤波进一步提高再现像的信噪比。实验结果表明，该方法只需记录一幅数字全息图，通过简单的数字图像处理，便可明显改善图像质量，尤其适用于无透镜傅里叶变换全息图的数值再现，并且更加实用化。     

单色CCD记录多波长数字全息图及再现像彩色显示

对多波长数字全息图的记录和再现像的彩色显示问题进行了研究.从菲涅耳近似算法出发,对在记录距离一定情况下,不同波长全息图数字再现像的像元所表示的几何尺寸会因波长不同而不同,从而导致各波长再现像无法重合的情况进行了讨论.通过理论分析,讨论了不同波长全息图像素数与再现像像元之间的关系、不同波长全息图记录距离与再现像像元之间的关系,据此得出的解决不同波长再现像重合问题的方法及其对再现像的影响和适用范围等问题；并对合成再现像中原始色彩信息改变及其解决办法进行了分析.通过无透镜傅里叶变换数字全息方法,以632.8 nm和532.0 nm两种波长的激光为光源,用单色CCD进行记录,验证了方法的可行性.     

傅里叶计算全息图的数字再现及混叠的消除

提出了一种傅里叶计算全息图数字再现中混叠消除的方法。通过对傅里叶变换计算全息图再现过程的分析,在空域扩展待编码图像的范围,实现了数字图像的傅里叶Burch型计算全息图的制作。对编码的实值图像作逆傅里叶变换,可以准确地重建原图像。该编码方法解决了再现过程中图像混叠的问题,适用于对所有灰度图像的编码。实验结果表明,提出的编码方法可以得到清晰的再现图像。     

无透镜傅里叶变换数字全息术中非共面误差的自动补偿算法

无透镜傅里叶变换数字全息术对活细胞进行显微相衬成像测量时,由于细胞处于运动状态导致记录物体与参考点源难以共面,从而引入成像误差.本文提出了一种有效可靠的基于位相分布的自动对焦再现算法,只需通过一幅全息图,即可确定出记录距离的优化数值解,并结合一次位相线性拟合,成功补偿掉非共面误差.将这种算法应用到活体宫颈癌细胞的相衬成像实验中获得了较为理想的实验结果,表明了这种自动补偿非共面误差算法的可行性. 关键词： 数字全息 无透镜傅里叶变换全息 自动对焦 位相畸变校正     

一种实现单步相移无透镜傅里叶同轴数字全息的倒频谱技术

在数字全息技术中无透镜傅里叶同轴数字全息具有高分辨,再现速度快等优点,因此有着广泛的应用前景,但它也存在再现像与直透光场及其共轭像重叠,较难分离的缺点。针对这一问题,在分析了无透镜傅里叶同轴数字全息图记录和再现原理的基础上,提出了单步相移倒频谱技术,并在理论上分析了该技术对分离出清晰再现像的可能性和该技术适用的关键条件。通过仿真实验进行了验证,结果表明:单步相移倒频谱技术能够较好地解决无透镜傅里叶同轴数字全息技术中再现像与直透光场及其共轭像重合这一困难,得到清晰的再现像;同时给出了实际实验中单步相移倒频谱技术能够适用的条件参数,这为后面的进一步实验提供了参考依据。     

电子学全息法再现三维物场

叙述了一种采用电子学全息法分析三维物场的定量方法，它包括：（１）三维物场全息图的数字记录，２）全息图面上复振幅分布的数字再现，（３）利用空间频域衍射公式计算其它平面上的复振幅分布，由此可以获得整个三维物场的信息。本文同时还给出这一数字再现方法的空间分辨率。最后通过计算机模拟展示了一个理想三维物场的再现过程及再现结果。     

近距离数字全息术记录和再现问题

讨论了记录距离小于菲涅耳衍射要求的近距离数字全息记录和再现问题。对全息记录与再现中高次相位的补偿问题进行了分析,证明了在CCD的参量和记录距离给定后,只要记录时使物体的大小、球面参考光波的位置和距离满足一定的条件,即使在记录距离小于菲涅耳衍射要求的最小距离情况下,也可将高次相位的影响补偿到足够小,使得近距离数字全息的数字再现仍可用快速傅里叶变换算法计算。推导出了满足高次相位补偿的条件和满足补偿条件时的数值再现计算公式。实验结果与理论分析的结论相吻合,并给出了一种修正实际记录的参考光和计算机模拟的理想参考光之间偏差的方法。     

X光全息术的记录方式对其分辨率的影响

本文从分析X光全息图的两种具体的记录方式入手,考虑记录介质的点扩散函数和全息图的尺寸在不同的记录方式中,对X光全息图的分辨率的影响,结论是,在完全相干光的条件下,X光无透镜傅里叶变换全息图的最小分辨距离不可能小于记录时用的X光聚束器的焦斑或滤波小孔的半径,而X光同轴全息图不可能获得比记录介质的截止频率更高的分辨率.     

Recovering correct phase information in multiwavelength digital holographic microscopy by compensation for chromatic aberrations

We demonstrate experimentally that correct phase imaging without 2pi ambiguity is obtainable in digital holography by using a multiwavelength approach in the microscope configuration. We describe a general approach for removing chromatic aberrations and for controlling the pixel size of the reconstructed phase image in multiwavelength digital holography when the Fourier transform method is adopted for the numerical reconstruction of digital holograms. The retrieved phase is affected by the unavoidable, unwanted chromatic aberration. The correct phase can be obtained by evaluating the phase from the reference holograms reconstructed at different wavelengths to compensate for the chromatic aberration.     

Studies on aperture synthesis in digital Fresnel holography

Aperture synthesis can improve image resolution in digital holography by increasing the numerical aperture of the system. In this paper, we show that both the lateral resolution and image field of view can be enhanced at the same time using a more general Fresnel holography setup and hologram stitching. The impact of aperture synthesis on the lateral resolution is investigated both theoretically and experimentally. In the experiment, the synthesis is executed by moving the compact digital holographic system in two directions. Nine holograms are recorded and stitched into one hologram. The reconstruction results show that expanding aperture improves the lateral resolution. The lensless Fresnel holography used in this paper is demonstrated to have the ability to provide a larger numerical aperture and can compress the object spectrum in recording process.     

Causes of the reconstructed cross appearing in lensless Fourier transform digital holography

Causes of the bright cross appearing in the reconstructed field of lensless Fourier transform digital hologram (LFDH) are presented. Firstly, as LFDH's reconstruction was directly performed by Fourier transform algorithm, the intensity distribution of reconstructed image plane was just LFDH's spectrum, and three parts of the reconstructed field are imaged in the spectral plane. Meanwhile their intensities were almost the same. Hence, the ratio of signal to noise of the reconstructed image was obviously lower than that of the conventional digital hologram. Further, non-uniformity of the background intensity and random noises usually existed in a practical LFDH. Meanwhile their spectra spread through the central and the edge areas; this also led to decrease in the ratio of signal to noise of the reconstructed image. Specially, as the two-dimensional Fourier transform algorithm was performed row by row, and then column by column, the low-frequency spectrum induced by the non-uniformity of the background and random noises along the directions of rows and columns would concentrate on the central column and row, respectively, and what is gotten looked like a cross. Therefore, the cross appearing in LFDH's reconstructed field should be attributed to the combination of the background and the Fourier transform algorithm itself.