基于分布源边界点法的局部近场声全息技术

为了克服基于分布源边界点法的近场声全息技术在小全息孔径条件下造成的重建误差问题,提出了基于分布源边界点法的局部近场声全息技术.该技术运用分布源边界点法,采用测得的较小全息面上的声压数据来外推较大全息面上的声压数据,然后用外推的数据进行全息重建.仿真和实验结果验证了采用该技术在小全息孔径条件下进行声源局部重建的有效性.     

基于声压-振速测量的平面近场声全息实验研究

常规的近场声全息均是采用全息面声压或质点振速作为输入量求解,由于采用单一输入量无法分离来自全息面背向声波的干扰,因此要求所有声源均位于全息面的同一侧,即测量声场为自由声场,这种要求大大限制了近场声全息的实际应用.基于声压-速度测量的近场声全息以全息面上声压和质点振速同时作为输入量,通过建立和求解两侧声源在全息面上的声压和质点振速耦合关系,可以实现全息面两侧声波的分离,从而解决上述问题.文中在前期对声场分离技术研究的基础上,基于欧拉公式和有限差分近似,推导了新的基于声压-速度测量的平面近场声全息理论公式.随后通过实验检验了该方法在有背景源干扰情况下实现声场分离和重建的有效性.     

基于波叠加法的近场声全息空间分辨率增强方法

提出一种基于波叠加法的近场声全息空间分辨率增强方法. 该方法在波叠加法的基础上,利用全息面声压信号求得布置在全息面附近的虚源面上的简单源源强,再根据求得的简单源源强实现对全息面声压的插值,进而利用插值后的全息面声压数据进行重建. 该方法可以提高近场声全息重建图像的空间分辨率,减少测量工作量,简化测量过程. 通过仿真对影响插值结果的参数进行了分析,给出了合理的选取范围;通过仿真和实验研究验证了该方法的有效性. 关键词： 波叠加法 近场声全息 空间分辨率     

基于支持向量回归的patch近场声全息研究

为了解决patch近场声全息中全息数据外推问题,提出一种基于支持向量回归的一步式patch近场声全息技术。该方法首先把初始全息面上的数据当成训练样本进行学习,构造出回归函数,然后利用回归函数实现全息数据外推,最后基于统计最优近场声全息进行重建。数值仿真和实验研究的结果表明:在各个分析频率下,该方法都可以实现小孔径全息面的近场外推。从近场声全息重建结果看,即使初始全息数据受到噪声干扰,该方法也是一种有效的patch近场声全息技术。      

适用于循环平稳声场的基于波叠加法的近场声全息技术

在原有的平面循环平稳近场声全息基础上,提出一种基于波叠加法的循环平稳近场声全息技术,可以对具有复杂表面的声源进行全息重建,重建的声源表面声压谱相关密度函数能反映出调制信号的信息.声源表面声压谱相关密度函数全息图形象地反映了调制信号在表面的强弱分布情况,可由此确定调制信号源的产生位置.仿真分析和实验验证表明,基于波叠加法的循环平稳近场声全息技术可以更准确地反映循环平稳声场的调制特性.该方法继承了波叠加法的优点,无需计算边界奇异积分,计算效率高、精度好. 关键词： 近场声全息 循环平稳信号 波叠加     

迭代重加权时域平面波叠加法的非稳态声场重建

提出了迭代重加权时域平面波叠加法,并应用于非稳态声场重建。该方法首先通过时域离散卷积得到全息面时域声压与虚源面时域波数谱离散状态公式;然后根据稀疏表示和迭代重加权,得到残差范数与加权解范数最小化问题表达式;最后将每一对波数下虚源面时域波数谱与时域传播核卷积叠加得到重建面上的时域声压。为了验证该方法的有效性,给出了激励板声源的仿真验证,并在半消声室内进行了实验验证。讨论了一些参数对该方法的影响,并通过与基于Tikhonov正则化的时域平面波叠加法比较,突出该方法的重建优势。仿真和实验结果表明,该方法对非稳态声场重建具有很好的效果,并且重建精度高。     

适用于循环平稳声场的基于波叠加法的近场声全息技术

在原有的平面循环平稳近场声全息基础上，提出一种基于波叠加法的循环平稳近场声全息技术，可以对具有复杂表面的声源进行全息重建，重建的声源表面声压谱相关密度函数能反映出调制信号的信息.声源表面声压谱相关密度函数全息图形象地反映了调制信号在表面的强弱分布情况，可由此确定调制信号源的产生位置.仿真分析和实验验证表明，基于波叠加法的循环平稳近场声全息技术可以更准确地反映循环平稳声场的调制特性.该方法继承了波叠加法的优点，无需计算边界奇异积分，计算效率高、精度好.     

双全息面分离声场技术及其在声全息中的应用

提出双全息面分离声场技术,克服以往近场声全息(NAH)和基于声强测量的宽带声全息(BAHIM)的应用局限。以往方法的局限在于:全息面一侧的声场必须是自由声场,即要求所有的声源仅能位于全息面的另一侧;而在实际测量的情况下,这个要求是很难达到的。本文提出的声场分离技术利用波场的外推理论,建立起在波数域声场分离的公式,然后通过二维Fourier逆变换,便得到了全息面一侧声源产生的声压,从而达到声场分离的目的。原理的推导理论上论证该技术正确性,数值仿真显示了方法的可行性和有效性。     

声场分离技术及其在近场声全息中的应用

提出空间声场分离技术，突破了近场声全息（NAH）的应用局限.它们的局限在于全息面一侧的声场必须是自由声场，即要求所有的声源必须位于另一侧.利用波数域内的波场外推理论及声压的标量叠加原理，建立起声场分离技术的双全息面实现方法，利用波数域内的Euler公式及粒子振速的矢量叠加原理，建立起该技术的单全息面实现方法.该技术的一个突出优点是在具有背景噪声的全息测量情况下, 可以消除背景噪声对全息变换结果的影响.理论的推导表明该技术方法的正确性，而仿真算例和实验则显示该技术的可行性和有效性. 关键词： 声全息 波数域 声场分离 背景噪声     

统计最优平面近场声全息原理与声场分离技术

测量孔径尺寸的有限性，在基于空间傅里叶变换的平面近场声全息中会带来窗效应和卷绕误差. 为了克服窗效应和卷绕误差，引入了统计最优平面近场声全息技术. 运用声场叠加原理，证明了统计最优平面近场声全息的理论公式.通过在空间波数域限定kx,ky的取值范围，并离散其确定的空间波数面的途径，提出了一种确定波数矢量的方法.为了克服常规统计最优平面近场声全息技术的应用局限性——全息面一侧的声场必须为自由声场，提出了适用于统计最优平面近场声全息的、基于双全息面测量的空间声场分离技术. 通过实验和数值仿真对理论推导的正确性进行了验证. 关键词： 统计最优 平面近场声全息 波数矢量 声场分离     

Enhancement of low-quality reconstructed digital hologram images based on frequency extrapolation of large objects under the diffraction limit

During the reconstruction of a digital hologram, the reconstructed image is usually degraded by speckle noise, which makes it hard to observe the original object pattern. In this paper, a new reconstructed image enhancement method is proposed, which first reduces the speckle noise using an adaptive Gaussian filter, then calculates the high frequencies that belong to the object pattern based on a frequency extrapolation strategy. The proposed frequency extrapolation first calculates the frequency spectrum of the Fourier-filtered image, which is originally reconstructed from the +1 order of the hologram, and then gives the initial parameters for an iterative solution. The analytic iteration is implemented by continuous gradient threshold convergence to estimate the image level and vertical gradient information. The predicted spectrum is acquired through the analytical iteration of the original spectrum and gradient spectrum analysis. Finally, the reconstructed spectrum of the restoration image is acquired from the synthetic correction of the original spectrum using the predicted gradient spectrum. We conducted our experiment very close to the diffraction limit and used low-quality equipment to prove the feasibility of our method. Detailed analysis and figure demonstrations are presented in the paper.     

基于有限脉冲响应滤波器的数字全息零级像消除

针对数字全息中零级像的存在影响数字再现像的质量,分析数字全息图的记录、再现原理及频谱特性,提出了一种利用有限脉冲响应滤波器消除全息图数字再现中零级像的方法.该方法只需记录一幅数字全息图,不需要相移器材或其他辅助设备,直接利用数字图像处理对数字全息图在空域进行预处理,消除全息再现时的零级像干扰.对比了数字模拟和实验拍摄到的全息图在应用有限脉冲响应滤波器消除零级像前后的再现结果,表明该方法可消除零级衍射像,改善重建像质量,并且算法简单.     

One step hologram calculation for multi-plane objects based on nonuniform sampling (Invited Paper)

The nonuniform sampling method in hologram plane is proposed to reconstruct objects on multi-plane simultaneously. The hologram is nonuniformly sampled by decomposing it into several parts with various sampling rates. The hologram is calculated based on the nonuniform fast Fourier transform （NUFFT） algorithm. In the experiment, we load this nonuniformly sampled hologram on phases-only spatial light modulator （SLM）, and by illumination with collimated light objects with different sampling rates are reconstructed at different distant planes simultaneously. Both of the numerically simulation and optical experiments are performed to demonstrate the feasibility of our method. The experiment also shows that our proposed nonuniform sampled hologram for multi-plane objects is calculated by only one step, better than conventional method that needs several steps of calculation proportional to the numbers of object planes.     

三维物体多重菲涅耳计算全息水印与无干扰可控重建方法

提出了一种基于三维物体的多重菲涅耳计算全息水印方法.将水印信号作为虚拟三维物体的层面,首先结合分区复用层析法和菲涅耳双随机相位编码方法产生复噪声形式的水印信号;然后对水印信号的频谱作共轭对称处理实现实值编码;为减小对宿主全息图数字重建的影响,将水印信号的频谱设置于对宿主数字重建影响小的频谱非感兴趣区域;编码后的信号以一定强度叠加于宿主全息图,水印信号恢复无需原始宿主全息图信息,可实现盲提取,对宿主全息图重建像面的二维码可扫描识别.仿真测试结果表明,所提出的方法具有较好的透明性和稳健性,在宿主全息图遭受滤波、JPEG(联合图像专家小组)压缩、高斯噪声、剪切、旋转等各种攻击的情况下,不论对宿主还是水印信号仍具有良好的数字重建质量,对重建像面的二维码仍可扫描识别;而重建像面水印信号的无干扰可控重建后处理操作解决了不同层面水印信号之间的衍射干扰问题,提高了水印信号的重建质量.虚拟光学手段的应用丰富了水印信号设计方法并提升了算法的安全性.     

双面声场反向神经网络声压外推分离

针对有限测量孔径造成的窗效应和离散传声器阵列带来的卷绕误差对双面声场分离技术的影响,提出了一种利用反向传播神经网络的全息面声压外推方法。该方法首先利用孔径内部测点平面坐标和相应声压值组成的学习样本训练神经网络,拟合出两者的函数关系。接着代入孔径外部测点坐标得到对应声压值,实现有限孔径外推。最后将已有测量值和外推测量值组成的虚拟大孔径导入双面声场分离处理。与传统外推方法相比,该方法不需要先验知识,操作简单,计算抗干扰能力强,结果准确性高。数值仿真和实验进一步验证了该方法在改善声场分离结果方面的可行性和有效性。      

Multiple information encryption by user-image-based gyrator transform hologram

A novel multiple information encryption by user-image-based gyrator transform hologram is proposed. In encryption process, each channel of the user image is phase encoded, modulated by random phase function and then gyrator transformed to get the gyrator spectrum of user image. Subsequently, each channel of the secret image is normalized, phase encoded, multiplied by modulated user image, and then gyrator transformed to obtain the gyrator spectrum of secret image. The encrypted digital hologram is recorded by the interference between the gyrator spectrum of user image and the spherical wave function. Similarly, the digital hologram for decryption is recorded by the interference between the gyrator spectrum of secret image and the spherical wave function. The multiple encrypted digital holograms are multiplexed into a final encoded hologram and the corresponding digital holograms for decryption are multiplexed into a final hologram for decryption. The wavelength and radius of the spherical wave function, and angle of gyrator transform are all essential keys for decryption. The proposed system has two main features. First, the encrypted hologram has no information about secret image. Second, the hologram for decryption used as identification key. Consequently the two marked security layers of information protection are achieved. The proposal can be realized by optoelectronic system. Numerical simulation results demonstrate the feasibility and security of the proposed technique.     

数字滤波法再现电子全息图

在分析电子全息图特性的基础上，提出频谱滤波法对电子全息图进行数字再现，以解决其再像之间相互重叠的问题，此方法首先将数字化的电子全息图进行傅里叶变换得到全息图的空间频谱，然后对此频谱进行滤波处理并作反傅里叶变换得到一幅新的全息图，最后再用一般的数字再现法对此新的全息图进行再现，用这种方法，可以很方便地得到不受干扰的再现实像。     

结合线性回归的离轴数字全息去载波相位恢复算法

为实现仅用一幅离轴数字全息图便能直接恢复相位,提出一种利用空间载波相移技术(spatial carrier phase shift, SCPS)和线性回归相结合的离轴数字全息去载波相位恢复算法.首先,利用SCPS将一幅离轴数字全息图分为四幅含有载波相移的全息图,其中载波相移由沿行、列两个方向的正交载波所引入;然后,将四幅载波相移全息图作为输入,将所求物体相位和两个正交的载波作为未知量,结合最小二乘法和线性回归同时求出载波和相位信息.相较于已有的去载波技术,本算法无需背景全息图作为参考,便可准确地去除载波,实现高质量的相位重建.本文结合数值仿真和具体实验结果验证本算法的有效性和优越性.