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.     

相干激光雷达图像散斑噪声抑制算法

提出了一种新的用于散斑噪声抑制的非线性加权均值多方向形态滤波算法。运用此算法和先前提出的散斑噪声抑制算法以及小波软阈值算法和Lee滤波算法一并对相干激光雷达图像进行了噪声抑制处理，并且对处理的结果进行了比较，证明了本算法的进步，即在不降低噪声抑制能力的前提下，较好地保持了图像边缘。     

基于空间部分相干光相干度分布的全息图计算方法

在计算机全息图的计算过程中,引入的随机相位与光学重建中相干光散射会引起再现像中的散斑噪声现象,从而影响重建图像的质量。提出了一种新的基于部分相干光相干度分布的全息图计算方法,即PCL-GS算法,算法以Shell衍射定理为基础,模拟参考光源相干度对全息记录过程的影响,使模拟记录过程更接近实际状况。在重建光相干度相同的情况下,与传统GS算法重建结果相比,重建图像的峰值信噪比提升4.8%、结构相似度提升14%、散斑对比度降低4%。方法可为三维全息显示、光束整形等光调制技术提供新的理论基础。     

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.     

粒子场数字全息诊断中的再现算法研究

 粒子场的数字全息诊断中,良好的再现算法能够在较短的时间内给出高质量的再现像。利用标准粒子板模拟单层面的粒子场,使用大面阵CCD实现同轴数字全息记录,得到了大尺寸的数字全息图。针对4种数字全息再现算法,本文从再现图像的质量、再现全息图的大小和计算速度3个主要方面进行了比较研究,结果表明角谱算法(FFT-AS)具有再现图像背景均匀,再现结果中无物理图像压缩,可以再现大尺寸的全息图且具有较快计算速度的优点,适合于粒子场同轴数字全息图的再现计算。     

数字全息光学实验探究及再现清晰度优化

基于数字全息光学平台的使用,进行数字全息记录、再现,以及光学全息记录的实验探究.利用HRO数字相减法,去除零级光光强,获得数字记录数字再现图像.通过设计光路获得光学记录数字再现图像,调节再现距离以及参照光光强大小增强再现图清晰度.同时,基于Matlab利用Sobel算法及Laplace算法对数字全息图进行图像优化,由此获得清晰的全息再现图.     

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。     

用非相干全息技术减弱彩虹全息图的散斑

本文发展了一种用空间非相干光记录漫射物体的彩虹全息图,并用白光再现的技术.实验结果表明,这种方法大大抑制了全息像的噪声,改善了全息像质.因此,这是一种减弱散斑的简单而有效的方法.     

散斑干涉相位条纹图的频域滤波处理

为了解决在数字散斑干涉技术测量时,散斑干涉相位条纹图像中大量噪声对相位解包裹结果和精度产生严重影响的问题,介绍了一种条纹正余弦分解和频域低通滤波结合的方法,实现了散斑干涉相位条纹图的高精度滤波。该方法的基本思路是在对相位图像进行滤波处理前,先将相位图通过正余弦函数进行映射转换成两幅图,分别经过频域滤波,然后再合成为相位图。这种分解频域滤波方法可以在滤波的同时,有效保留相位跳变信息。实验结果表明：与传统的图像降噪方法相比,该方法能够在保留图像“尖峰”信息的基础上,较好地滤除图像中的散斑噪声,方法简单有效,有效解决了传统滤波方法应用在相位条纹图中,相图灰度信息丢失10%~40%的问题。     

脉冲相干激光雷达的散斑成像模型及其散斑噪声压缩

推导了脉冲相干激光雷达的散斑成像模型,证明了脉冲相干激光雷达图像中散斑噪声的乘法性质。根据其统计规律,提出一种新的用于散斑噪声压缩的并行加权均值多方向形态滤波算法。模拟结果表明此算法既有 地压缩了散斑噪声又保持了图像的几何结构,并且通过比较,证明其优于Safa的多方向形态滤波算法。     

Reduction of speckle noise in the reconstructed image of digital holography

Based on the whole process of recording and reconstruction of digital holography, we study the formation causes of speckle noise in the reconstructed image and its characteristics. And we reach the conclusions that the little hologram aperture diffraction aggravates the speckle noise and the speckle noise in the reconstructed image is a kind of multiplicative noise. Serving as the basis of these features, we propose the reduction technique for speckle noise. Firstly, we set an appropriate aperture function matching the recording parameter and an aperture size of hologram and deconvolve the reconstructed image of the hologram with it. Secondly, we converted the multiplicative noise into additive noise by means of homomorphic transform and realize the separation of signal and noise. Thirdly, we applied the Wiener filtering to reduce the additive noise. Finally, we carried out the inverse transformation. The proposed reduction technique is illustrated with experimental results. Therefore, the paper offers a brand-new thought and practical way of reducing the speckle noise in the reconstructed image of digital holography.     

数字全息图再现像的像质改善

基于数字图像处理技术,提出了一套对数字全息图及其再现像进行处理的方法,改善了数字全息图再现像的像质.利用频谱匹配滤波的方法可以有效地滤除零级及孪生像干扰.同时,提出了通过均值滤波、中值滤波等方法降低激光散斑噪音的技术.理论和实验证明,综合而又合理地利用数字图像处理技术可以很大程度地改善数字全息图再现像的像质.     

Study on the reduction of speckle noise in the reconstructed image of digital hologram

As one of the most important 3-D display technique, reduction of speckle noise in the reconstructed image of digital holography should be grounded on the digital hologram itself. Based on the whole process of the recording and reconstruction of digital holography, the optical distributions of recorded object and reconstructed image of digital holography have been studied. It has been proposed that the root formation cause of speckle noise in its reconstructed image is the speckle noise formed on the recorded object surface when illuminated by coherent light because of its optical roughness. A novel approach has been presented to reduce speckle noise in digital holography by changing the interference structure of hologram itself. First, by reducing the speckle noise in the reconstructed image, the distribution of ideal reconstruction light with reduced speckle noise is acquired. Then in turn, taking the ideal reconstruction light with reduced speckle noise as ideal object light, a new hologram can be rebuilt, which can reconstruct the ideal object light. The experimental results are given to confirm the proposed method. Therefore, it offers a brand-new thought and practical way to reduce the speckle noise in the reconstructed image of digital holography.     

The influence of hologram aperture on speckle noise in the reconstructed image of digital holography and its reduction

Based on the whole process of the recording and reconstruction of digital holography, we study the formation cause of speckle noise in its reconstructed image and acquire the conclusion that the small size of hologram aperture diffraction aggravates the speckle noise of reconstructed image and the speckle noise has been one of primary noise sources in the reconstruction process. In order to reduce the speckle noise resulting from little hologram aperture diffraction, we set an appropriate aperture function matching the recording parameter and aperture size of hologram and deconvolve the reconstructed image with it. The validity has been proved in theory and experiment. Therefore, it offers a brand-new thought and practical way to reduce the speckle noise in the reconstructed image of digital holography.     

数字图像相关技术的综合算法及其在断裂力学中的应用

鉴于散斑图的随机噪声和相关搜索运算过程仍是当今影响相关图像技术所获结果精度与计算速度两大有待研究解决的主要问题,提出一种基于小波变换、序惯相似度检测和统计相关算法三者相结合的新算法。其基本原理是应用小波变换对变形前后的散斑图进行滤波平滑处理;利用序惯相似度检测算法进行粗搜索,找到可能的匹配点;在可能的匹配点应用统计相关法进行细搜索,最终找到匹配点的位置。基本实验、计算和应用表明,这种算法在消除噪声和提高运算速度等方面,取得了良好的效果。     

基于数学形态学的数字全息再现像融合方法

针对数字全息中不同再现距离获得的携带不同聚焦信息的再现像, 提出了一种基于数学形态学的多聚焦再现像融合方法, 以有效扩展成像景深。首先通过小波-Controulet变换获得源图像的高频和低频分量;然后, 针对数字全息中含散斑噪声的特点, 对高频分量采用基于数学形态学区域能量的方法进行融合, 对低频分量采用加权对比度法进行融合;最后, 将融合系数反变换得到融合图像。通过对算法的有效性分析和实验验证, 将本文提出的方法与不加入数学形态学的融合方法进行了对比研究。结果表明, 基于数学形态学的融合方法能充分抑制散斑噪声的影响, 保留更多细节信息, 有效扩展了成像景深范围达11.5 cm。其中, 对于表面粗糙且信息量较少的骰子, 基于数学形态学方法的空间梯度算子提高了11.8%, 熵值提高了2.7%;对于表面光滑且信息量较多的硬币, 其空间梯度算子提高了13.6%, 熵值提高了2.8%。     

Wavelet filtering applied to time-average digital speckle pattern interferometry fringes

In this paper we are presenting a filtering scheme using Symlet wavelet to remove the speckle noise from the time-averaged digital speckle pattern interferometry fringes. To demonstrate the potential of Symlet wavelet filtering, experiments are conducted to remove the speckle noise from the fringes recorded for the surface of computer hard disk. Experimental results demonstrate that this filtering removes the speckle noise to the large extent.     

数字散斑条纹图的滤波方法

在现代数字散斑测量方法中，一般采用减模式来产生数字散斑条纹图，它是进一步图像处理的信息载体，同时不可避免地附带有大量的乘性噪声。为了保证测量精度，在进一步图像处理前必须对其进行降噪，选择合适的滤波方法显得尤为重要。在多年实际经验及阅读了大量文献的基础上，该文对国内外常用的数字散斑干涉条纹图滤波方法进行了分类阐述，选择了一些有代表性的方法予以实现，给出实验结果，并进行了对比分析。最后对数字散斑干涉条纹图滤波方法的发展方向给出了自己的看法。     

Improvement of signal-to-noise ratio in digital holography using wavelet transform

The basic problem in optical and digital holography is the presence of speckle noise in the reconstruction process, which reduces the signal-to-noise ratio (SNR). The presence of speckle noise is serious drawback in optical and digital holography since it substantially reduces the SNR in the reconstructed image. In this paper, we present wavelet filtering to improve SNR in the reconstructed images from digital holograms. Experimental results are presented.     

面向真彩色三维显示的分层角谱算法和Gerchberg-Saxton算法研究

分层角谱算法可用于三维物体全息图的生成计算,在计算时间、占用内存和算法复杂度方面占有优势.本文基于强度图和深度图的分层角谱算法,对多波长采样进行分析,有效抑制混频现象,实现了真彩色物体的计算全息图生成.针对分层角谱算法重建时产生的散斑噪声问题,引入Gerchberg-Saxton(GS)算法,提出基于分层角谱算法的GS算法.通过计算比较引入GS算法前后再现像的均方根误差和峰值信噪比,证明该算法可有效地抑制散斑噪声,提高全息图的再现像质量,更适用于复杂形貌三维物体的计算.