非线性介质对粒子场同轴全息成像的影响

 通过理论分析和实验验证,研究了非线性折射率介质对粒子场同轴全息成像的影响。利用粒子场同轴夫琅和费全息记录和光束在非线性介质中传输的波动方程,得出了光波的复振幅和强度分布。数值模拟了介质在线性和非线性时全息记录的情况,并进行了实验验证。结果表明：光波经非线性介质传输后,全息干板记录到粒子场的再现图像,这为高功率激光应用于全息照相提供参考,原因是高功率脉冲激光聚焦易击穿介质产生非线性传输。     

数值模拟微米粒子的体全息记录与再现

体全息对小粒子记录及再现的影响关系到体全息材料在粒子场检测领域的应用前景,提出结合角谱传播理论与多光栅耦合波理论进行体全息图衍射分析的方法,并数值模拟了微米量级小粒子衍射光场的体全息记录与再现。数值分析结果表明体全息理论并不能像薄全息理论那样精确的再现出原始物光。其再现光场的角谱分布相对于原始光场存在高阶衰减,这使得再现光场成像后的图像边缘模糊,而且模糊程度还会随着粒子尺寸的下降逐渐上升。虽然这一现象为粒子边缘判读带来困难,但是再现图像的径向强度分布可为提高判断精度提供有益的参考。     

乙醇喷雾场粒子尺寸和速度的数字全息测量

利用连续波激光器和高速CCD,采用数字同轴全息系统,记录了乙醇喷雾粒子场全息图.对粒子场再现像进行聚焦像合成,自适应滤波、二值化、Roberts边缘提取,Hough变换和亚像素精度计算,得到粒子的直径和位置信息.利用两次曝光记录的两个序列全息图得到粒子位移,进而求得粒子的运动速度,给出了实验结果.研究结果表明,该实验系统可用于内燃机喷雾场测量,且具有光路系统简单、成本低等特点.     

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。     

合成孔径同轴数字全息图的相位恢复再现（英文）

针对有缝拼接合成孔径同轴数字全息图的再现问题,通过对接缝处预先进行灰度均值填充,利用基于角谱理论的Gerchberg-Saxton(GS)加权改进相位恢复算法恢复相位,获得全息图记录面上的完整复振幅信息.仿真模拟了该方法对粒子场的检测,获得的再现像与模拟粒子靶的相关系数较传统方法得到的结果提高1倍以上,并可以有效抑制接缝处信息丢失对合成孔径同轴数字全息图再现像的影响,实现有缝拼接合成孔径同轴数字全息图的高质量再现.     

高速粒子场同轴Fraunhofer全息数据处理系统研究

介绍了用同轴Fraunhofer全息测量强动载下材料表面微喷射粒子场的数据处理方法.在全息像重建过程中，将再现的三维粒子场由计算机控制分成许多小薄层采集.在数据处理过程中根据图像中粒子边缘，决定在整幅图或局部采用边缘检测的方法提取大粒子，根据图像的灰度分布将图像分成很多小区域，在每个小区域采用不同的阈值分割图像.在处理结果的校正中根据粒子场的特点，去除过大、过小和重复统计粒子.采用该方法得到了粒子的空间分布图像及粒子大小的统计结果.     

空气击穿效应对粒子全息像的影响

 在粒子场全息实验中,研究了4F光学成像系统不抽真空时,其内部实焦点处由于光脉冲能量聚焦引起的空气击穿现象。发现在这种情况下得到的同轴和离轴全息粒子再现像,与实焦点未被击穿时得到的正常全息再现像相比,其强度分布发生了反转。理论分析表明,这种情况是由于实焦点处空气击穿引起的空间滤波效应造成的。研究发现:在离轴粒子场全息实验中,合理调整曝光强度,利用4F系统中的空气击穿效应可以获得高清晰度的全息再现象。     

粒子场同轴全息图中对比度与再现像关系的讨论

本文以同轴全息中的比较典型的四种截面的粒子（－维线形、正方形、长方形圆形）为例,从理论上推导了这国种截面粒子的全息图对比度与远场数的关系,并做出对比度随远场数变化的曲线图。对照数值模拟得到的再现平面上的光强分布,分析照相系统对全息图的对比度的记录能力以及洗像过程对全息图信息的丢失程度的综合影响,以达到为优化照相条件和改善洗像工艺提供理论模型的目的。     

用脉冲激光同轴全息技术测量微射流

 用脉冲激光同轴全息技术建立了全息照相系统和高精度同步时序系统，获得了采用爆轰加载产生高速运动的微射流全息图，并再现出微射流的全息像，得到粒子的大小和分布情况，从图像处理得到粒子尺寸的统计结果表明，最大尺寸在300μm左右，最小尺寸在30μm左右。证明了研制的全息系统和测试技术可以测量高速的微射流场。 .     

碎片超高速撞击防护结构粒子场三维重构

为模拟空间碎片超高速撞击航天器防护结构表面材料喷射/溅射粒子场演化过程,并获取粒子场相关物理信息,基于粒子场同轴激光全息图像开展了碎片撞击过程的三维重构技术研究.首先对全息图像进行边缘剪切和缩放,将其划分为分辨率300×300左右的子图像以便于进行网格剖分;对于粒子堆叠区域子图像,采用基于三角化的网格剖分算法;剖分后形成的单一粒子采用Sobel算子提取其二维轮廓,然后将其投影到特定的三维空间形成三维形体;基于MAXScript语言实现了粒子场演化过程模拟.重构结果表明,无论是粒子场静态三维重构结果还是其演化过程均与撞击试验全息图像吻合较好,从而验证了该重构技术的有效性,为研究空间碎片对航天器防护结构的损伤效应提供了一种新的思路.     

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。     

雾化场光学全息与数字全息联合测量

针对雾化场光学全息测量存在干板湿化学处理繁琐、再现像采集耗时的问题,提出光学全息与数字全息联合测量的方法,建立由同轴光学全息、同轴数字全息以及数字延迟信号发生器组成的测量系统,并以双孔直射式喷嘴产生的雾化场为测量对象,利用该测量系统在一次测量中同时获得雾化场的光学全息和数字全息的再现图像,两者具有很好的一致性。光学和数字再现图像相对应的视场范围分别为27.87 mm4.77 mm和27.59 mm6.67 mm,数字方式获得视场范围内单一层面再现像的时间仅为8 s,而光学方式将近1 h。结果表明,光学全息与数字全息联合测量时,通过数字全息的雾化再现图像能够对实验总体效果进行实时评估,提高了雾化场全息测量的实验效率。     

数字微镜用于菲涅耳衍射全息显示的理论研究

导出人眼感觉的菲涅耳衍射全息的数字微镜重建场强度表达式.基于数字微镜每显示周期8幅二值图形成灰度图的机制,比较了每周期8幅及256幅二值图方案时菲涅耳衍射全息的显示质量.结果表明,数字微镜显示图像的质量低于数字全息波面重建质量.存在优化控制数字微镜提高显示图像质量的可能性.     

单幅同轴全息图两步迭代收缩重建

利用压缩传感理论中的两步迭代收缩重建算法,开展单幅同轴全息图重建实验研究,实现单幅同轴全息图共轭重建像的消除并克服数字全息技术在轴向聚焦平面识别能力的不足。以数字图像和标准分辨率板为记录物体,比较分析了基于两步迭代收缩算法和菲涅尔近似衍射重建算法的重建质量;以两根裸光纤为实验样本,分析了两步迭代收缩重建算法对记录物体轴向不同焦平面的识别能力。实验结果表明两步迭代收缩重建算法可得到清晰度高于68.73%的重建信息,同时对直径为125 m的两根光纤在9 mm的轴向间距条件下,显示出了比全息菲涅尔近似算法更好的聚焦平面识别能力。这一轴向聚焦识别能力有助于数字全息技术应用于功能材料梯度参数或功能涂层光学器件涂层厚度检测。     

Reconstruction of in-line digital holograms from two intensity measurements

We propose a new method based on in-line digital holography for the reconstruction of a wave front from only two intensity recordings. The simulation result shows that this method works well when the object wave is weak compared with the reference wave. This technique can be employed for real-time imaging.     

同轴全息术用于粒子场测量的数值模拟

 采用数值方法模拟了同轴全息术测量粒子场的过程，对两种不同的数值算法＿直接傅里叶变换算法和卷积算法，进行了分析和比较，结果表明卷积算法符合实际要求。分析了记录图像的空间频谱及其对图像采样频率的要求，得出了在记录波长、采样间隔等条件一定的情况下的最小记录距离。对于一幅512×512像素的数字图像，若像元尺寸为6.7 μm，所用光波长为532 nm，则最小记录距离为43.2 mm。在此基础上对实验记录的振幅和相位型静态粒子的数字全息图，均得到了满意的数值再现像。     

Determination of depth-of-focus in lensless in-line digital particle holography

Lensless in-line digital particle holography (DPH) can be thought of as a special case of photography, and its depth of focus (DoF) characteristics combine those of both photography and holography. The effect of important parameters such as the pixel size and the number of pixels in a charge-coupled device (CCD), the object's distance, the wavelength of the laser, and the particle diameter on the DoF of a reconstruction image in lensless in-line DPH was investigated using simulation holograms. The DoF is directly proportional to the object distance and the particle size. As the wavelength of the laser increases, the DoF decreases. The DoF is inversely proportional to the pixel size and to the number of pixels in a CCD. Instead of expressing nonspecific proportional relationships for DoF, the DoF prediction equations for typical CCD cameras were obtained using DoF data from many simulation holograms and efficient data-fitting software. Finally, the DoF prediction equations were verified using real holograms from a calibration target for several cases. Good agreement between measured and predicted values was confirmed.     

粒子场相移全息术

本文利用相移全息术记录的双曝光粒子场全息图,以改进再现图像的SNR、分辨率和对比度。并发展了这种技术的理论,讨论了相移的引入方法,给出了实验结果,与通常的同轴和离轴双曝光结果进行了比较。