基于深度学习的粒子场数字全息成像研究进展

粒子场的数字全息成像中，由一幅粒子场全息图重建出高精度的三维粒子场分布，是数字全息技术领域的经典问题之一。相比于传统反向重建算法，深度学习算法可以从单个全息图直接重建出三维粒子场来简化算法复杂度，提高计算效率和准确率。介绍国内外研究团队将深度学习算法结合数字全息技术实现粒子场数字全息成像的研究进展，从不同粒子表征方法入手，叙述了支持向量机、全连接神经网络、全卷积网络、U-Net网络、深度神经网络在粒子场数字全息成像中粒子表征及粒子场反向重建过程中的应用原理、实现途径和准确率。最后指出了深度学习算法在这一研究领域的优势及目前基于深度学习算法的不足，并对如何进一步提高该方法的准确率进行了展望。     

电子学全息干涉术用于温度场测量

探讨了用电子学全息干涉术（双称数字全息干涉术）测量温度场分布及其变化的可行性，利用所设计的全息干涉实验光路，对一电烙铁头部周围温度场分布进行了实时全息记录，进而利用一维快速傅里叶变换及数字滤波处理再现出了反映温度场分布的全息干涉条纹图样，实验结果表明，与传统的光学全息干涉术相比，电子学全息干涉术借助于高分辨率CCD记录及高速计算机数字处理技术，从而可实现光学全息图的数字化记录、存储和重现。同时，利用再现物场相位倍增原理还可实现对干涉条纹数目的倍增，或利用物场相位分布的直接计算精确获取任意两点间的相位差，从而提高测量精度。此外，由于能够在不改变光路的前提下以较高的重复频率完成光学全息图的记录，电子学全息干涉术可以用于记录三维物场的变化并接近实时地再现和测量三维物场的变化规律，因此是一种极有发展前途的新型实时全息干涉计量技术。     

两步相移数字全息物光重建误差分析与校正

系统研究了两步相移数字全息干涉术中相移误差引起的波前再现误差的计算和校正方法. 基于衍射物光相位分布的随机性和振幅相位的相互独立性原理,介绍了相移数字全息中物光波前再现误差的表达形式,推导出步长为π/2的两步算法中物光重建误差的表达式. 通过进一步分析这一重建误差的结构和特点,结合物光表达式,给出了自动校正相移误差引起的波前重建误差的校正方法. 该方法无需增加测量,在未知相移误差大小的情况下,只对标准两步相移算法恢复的物光复振幅进行处理就可以实现对物光振幅和相位的同时校正. 计算机模拟结果表明,校正后可将 关键词： 相移干涉术 数字全息 物光重建 误差校正     

自干涉非相干数字全息的压缩感知重建

自干涉非相干数字全息可记录和再现非相干光源照明下物光场信息。但基于目前理论的重建算法对待测光场的不同纵向深度层面进行聚焦重构时,聚焦面信息会受到离焦层面光场信息的干扰。基于压缩感知理论,根据自干涉非相干数字全息的光学记录与再现过程,建立与该物理过程相适应的传感矩阵,从理论上构建实现光场分层重构的数值重建算法框架。基于自干涉非相干数字全息光路,以多个不同纵向深度的LED点光源构建物光场,分别进行计算机数值模拟及实验研究,并且深入讨论光场层面再现距离与各实验参数之间的关系,指出增大各光场层面再现距离间差距的方法。理论及实验研究结果表明该方法可重构不同纵向深度层面的三维物光场,并有效抑制离焦层面光场信息的干扰。     

用于超声悬浮场可视化的光学全息相位倍增方法研究

基于二次曝光全息干涉测量原理,采用四倍相位倍增光路对声悬浮声压场分布进行了可视化研究.拍摄了给定模式的超声悬浮场在不同超声换能器激励电流时的光学全息图并进行光学再现,由再现光波的全息干涉条纹图样得到了反映声压场分布的光波波前相位变化,并进行了对比分析.结果表明,与无相位倍增光路相比,采用四倍相位倍增光路可使同一声压场的全息干涉条纹数目大大增加,测量灵敏度明显提高,为进一步研究声悬浮场声压分布提供了一种有效方法.     

正交双物光全息有限角层析技术重建燃烧器温度场

提出了正交双物光全息干涉及限角层析技术，可以从正交两个方向同时获取物场信息，并采用循环代数迭代松驰算法重建了燃烧器热气流的一个层面温度场，得到了满意的测量精度。重建温度与四个热电偶同时测得的温度基本相符。     

用改进的共轭斜量迭代法重建三维折射率场

本文通过计算机模拟运算,结合折射率场(温度场)的先验知识,考查了改进的共轭斜量迭代法用于全息干涉计量三维折射率场的重建精度及视角范围和数据噪声的影响,并介绍了一种抑制较大噪声的算法.作为一个应用实例,计算了某一截面火焰温度场的分布,并与热电偶测量的值进行了比较.     

用改进的Fienup迭代算法进行数字全息重建

数字全息成像中往往包括再现像、共轭像和零级项,再现像的分离是常见而又难以彻底解决的问题。提出一种新的全息图重建算法,即利用相干衍射成像（CDI）中的迭代方法处理数字全息图,实现仅有一个实像的再现结果,从而彻底解决该问题。该方法包括两个步骤：首先通过CCD分别测量样品单独存在、样品和参考光同时存在以及参考光的远场衍射分布;然后通过计算机进行迭代运算。由于干涉光的存在,该算法比传统的CDI算法有更快的收敛速度和重建质量。同时进行了数值模拟验证并对生物切片进行了物像重建。     

数字全息干涉术用于微波等离子体推进器羽流场的研究

利用数字全息干涉术研究了微波等离子体推进器羽流场的分布特征,由所记录的羽流场的数字全息图,经数值再现,得到了羽流场的相位分布,进而计算出等离子体羽流场的电子数密度.通过相位倍增法增加了羽流场的干涉条纹密度,从而能够更直观地反映出羽流场的折射率分布.结果表明,数字全息干涉术是研究微波等离子体推进器羽流场的一种有效方法.     

傅立叶变换用于全息三维物体面形测量

介绍了将傅立叶变换用于全息三维面形测量的基本原理和实验装置。首先用全息干涉条纹替代投影条纹投影到待测物体上 ,在相位解调中 ,结合Gerchberg迭代算法对变形条纹进行处理 ,然后用汉宁窗口进行数字加权滤波。结果表明 ,该测量系统实验装置简单 ,测量精度高 ,速度快 ,适用于复杂大物体三维面形测量     

Visualized measurement of the electric field in large aperture LiNbO3 crystal by digital holographic interferometry

The electric field distribution in Li Nb O3 crystal under different electrode shape is presented by using the digital holographic interferometry. Three configurations of phase modulator including the rectangular electrode type,single-triangle electrode type, and dual-triangle electrode type are performed in this experiment. The nonuniform electric field distribution in these phase modulators are observed and the electric field increases with voltage increasing. The digital holographic interferometry with high electro-optic effect improves the measurement precision. The digital holographic interferometry provides an effective way for studying the electric field distribution. Such in situ quantitative analysis of electric field distribution is a key to optimizing electrode shape.     

An approach for sensing marine plankton using digital holographic imaging

The goal of this paper is to use digital holographic imaging for sensing marine plankton in recording sampling volume. The process stage of this approach includes: wavefront recording using in-line holographic recording set up and numerical reconstruction using Fresnel approximation and convolution algorithm. So, by capturing hologram of marine plankton and reconstructing hologram, the recorded optical field of marine plankton is retrieved. Digital holographic imaging is an extremely powerful technique for the study of marine plankton fields as it allows instantaneous, noninvasive, high-resolution recording of substantial volumes. Finally, this paper presents that it is possible for digital holographic imaging system to sense marine plankton according to laboratory results.     

两步广义相移干涉术的光学实验验证

提出了一种基于两步广义相移干涉术的波前再现技术以及基于衍射场统计特性的未知相移值提取算法,并且进行了光学实验验证.该方法中可仅利用两幅干涉图及一次不需精确预设的未知相移,参照物光光强和参考光光强,即可通过计算提取真实的相移量,进而恢复出物波波前复振幅,而无需借助傅里叶谱分析或数字滤波等操作.在光学实验中,对借助于空间光调制器（SLM）的间接输入和三维漫反射物体直接输入两种情况进行了详细地研究,得到的光学实验结果验证了所提方案的有效性和可行性. 关键词： 信息光学 相移干涉术 波前再现 数字图像处理     

散射光彩色数字全息光学系统及波面重建算法研究

令物体表面为散射面,参考光及重建光为球面波,详细研究了离轴数字全息物光场重建平面的光波场.导出物光、共轭物光及零级衍射光分布与光学系统参数的关系.根据彩色数字全息的特点,提出抑制零级衍射干扰的光学系统设计方法,并且对一种能够避免插值误差的波面重建算法进行了优化研究,给出了相应的实验证明.     

声悬浮过程的激光全息干涉研究

利用二次曝光全息干涉术实现了对单轴式声悬浮声压场的研究.分别拍摄了悬浮不同物体和 不同输出功率情况下声悬浮场的多幅全息图，并进行了对比分析.结果表明，实验中获得的 声压分布图样与由声波动方程获得的理论声压分布基本一致，其相应中轴线的强度分布也具 有很好的一致性.与以往的声场测量方法相比，二次曝光法非接触、无干扰及全场测量的优 势在声悬浮场测量中得以充分体现，该方法的引入不但简化了声悬浮场测量的实际操作，而 且可以更直观地获得全场信息，为优化声悬浮系统提供了实验依据. 关键词： 全息干涉术 二次曝光法 声悬浮 谐振     

数字全息显微术中重建物场波前的相位校正

数字全息显微术克服了传统光学显微术无法直接提取样品相位信息的缺点,可以对活体细胞组织等相位型生物样品进行定量测量和有效观察。但在数字全息显微成像过程中,像场弯曲会对再现像相位分布的测量和观察产生影响。提出一种采用相位相减来校正数字全息再现像像场弯曲的方法。通过在样品加入前后两次拍摄全息图,并对数值重建像分别进行去包裹运算再令其相减,即可实现对像场弯曲的有效校正,对蝉翼和大蒜表皮细胞等相位型物体进行测量,并采用数值校正和相位相减两种方法对像场弯曲进行校正。与现有的数值校正方法相比,利用相位相减获得样品三维相位信息的方法更为简单、可靠,是校正像数字全息再现场弯曲的有效方法。     

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。     

基于同态信号处理的数字全息广义线性重建算法研究

为了提高数字全息图的重建速度和精度,本文提出了一种基于同态信号处理的数字全息广义线性重建算法. 首先利用预放大数字全息显微系统并结合同态信号处理原理进行了理论分析,得到了广义线性重建算法的实现条件及重建步骤,并对该算法的优点进行了分析;然后利用计算机模拟和实验相结合的方法对理论分析进行了验证. 结果表明：数字全息广义线性重建算法不仅可以有效的消除全息图频谱中零级项的干扰,实现高精度再现,而且由于采用一个完整象限的固定区域滤波,避免了常规线性算法的手动滤波操作,极大地提高了重建速度,同时最大限度地保留了原始像中的高频成分,实现全息图的高分辨重建. 关键词： 数字全息显微术 同态信号处理 傅里叶变换 分辨率