计算机制全息图探究及实现

介绍了计算机制全息图的原理,并对立体物体波场信息进行记录和立体像的复现进行了实验研究.实验结果表明:用合成全息图的方法可以实现立体成像,并利用液晶光阀系统代替干板可以简化照相制版操作.     

球面波全息微粒测量系统性能的研究

在测量微粒场的全息技术中,通常采用平面波系统进行记录和再现.由于全息图衍射效率低,微粒全息像误差大,限制了使用范围.本文导出了用球面波系统记录微粒全息图和再现微粒像的理论公式.并对两种系统全息记录的调制度、全息图衍射效率、再现像误差作出比较.分析和实验结果表明,在这些方面球面波系统较之平面波系统更为优越.     

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.     

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。     

可分离再现的双脉冲曝光全息图

本文提出一种可以分别再现双脉冲曝光粒子场全息图的两幅图像的技术,记录全息图时,利用电光晶体和偏振分光棱镜,使两个光脉冲的物光波或参考光波沿不同的空间路径到达全息底板,从而通过不同的空间滤波在再现全息图时分别获得对应于不同脉冲时刻的粒子场图像.实验证实了该技术的可行性.     

一种消除数字离轴全息零级像的实验方法

提出一种消除数字离轴全息零级像的实验方法.这种方法是将全息衍射光栅作为分光元件,形成数字离轴全息记录系统,通过调节记录光路系统中平面镜,改变物光波到达CCD的入射方向而引入相移,从而得到不同记录参数的全息图.再通过对不同记录参数全息图的数字处理,即可达到零级像消除的目的,并对这种方法进行了理论分析和实验验证.给出了利用这种方法获得的实验结果.实验结果证明了该方案的可行性,并且具有光路系统简单、操作和处理容易等特点.     

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。     

用阈值函数分析粒子场同轴全息非线性记录对再现像的影响

用阈值函数分析了粒子场同轴全息非线性记录对再现像的影响,从理论上得到了非线性记录影响粒子场同轴全息再现像的模型,并数值模拟了不同形状粒子在非线性记录下的再现像,得到再现像出现了边缘剪切效应.实验验证了数值模拟的结果,完善了粒子场同轴全息理论,并为粒子场同轴全息图像处理提供了光学产生边缘剪切效果,节约了图像处理的时间.     

微射流粒子场的同轴Fraunhofer全息测试

由于激光全息技术进行物理测试时具有图像直观、信息量大、非接触测量、抗电磁干扰等优点，而受到人们的广泛关注。采用同轴Fraunhofer全息技术记录微射流粒子场的实验装置由激光器、爆轰实验装置、4F传像系统、记录系统、时问同步系统等组成。爆轰实验装置为一可抽真空的爆炸容器，其目的是为了产生一个微射流粒子场，实验研究中在铜飞片上打一些小坑，当冲击波到达时小坑中将能产生微射流；脉冲宽度为10ns的记录用激光器可以将直径为几十微米、运动速度为每秒几千米的微射流粒子场瞬间“冻结”，从而获得清晰的全息图像；通过调节DG535精密数字延迟脉冲发生器输出信号的延迟时间，控制脉冲激光器出光和爆轰实验装置爆炸的时间，从而达到产生运动粒子场和脉冲激光束到达时间的同步。通过同步调节延迟时间，可以获取同一空间不同时刻的粒子场信息。对拍摄的全息图经过线性处理后在连续YAG陪频激光器下再现，将再现获取的信息利用CCD相机储存在计算机上，对图片进行处理可以获取运动粒子场的分布、粒子的大小、粒子的质量等信息。     

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.     

Digital particle holographic system for measurements of spray field characteristics

A digital particle holographic system for measurements of spray fields is presented. A double exposure hologram recording system with a synchronization system for time control is established, resulting in digital holograms that can be quickly recorded. To process recorded holograms, the correlation coefficient method is used for focal plane determination of particles. To remove noise and improve the quality of holograms and reconstructed images, a Wiener filter is adopted. The two-threshold and image segmentation methods are used for binary image transformation. For particle pairing, the match probability method is adopted. The proposed system is applied to a spray field, and three-dimensional velocities and sizes of spray droplets are measured. Measurement results from the digital holographic system are compared to those made by laser instruments, which prove the feasibility of the proposed in-line digital particle holographic system as a good measurement tool for spray droplets.     

Particle digital in-line holography with spherical wave recording

In this paper, we propose a method of digital in-line holography of particle. A diverging spherical beam is used for illumination in recording hologram, the complex amplitude distribution generated by particle field at a single plane located in the Fresnel diffraction region is recorded by CCD, and a plane beam for reconstructing hologram, then, the magnified image can be obtained by numerical reconstruction in computer. This procedure can be interpreted by Fourier optical theory and the theoretical analysis have been done in detail, the experimental results, the air freshener being subject, are also given.     

数字显微全息重建图像的景深扩展研究

显微物镜的景深问题限制数字显微全息在大纵深视场中的应用. 本文充分利用数值重建的特点, 采取低频和高频系数子图上的最大亮度梯度的局部方差作为聚焦判据, 在小波分解域内对显微全息重建图像的景深扩展问题进行了研究. 对倾斜的连续物体碳纤维进行三维重建, 分析了重建距离与直径测量误差的关系. 以超声波雾化器生成的微液滴颗粒场为例, 对离散颗粒场的重建图像进行了景深扩展. 利用基于广义洛伦兹-米散射理论的模型分别模拟1-15 μm 的非透明与透明离散颗粒的显微全息图, 分析了该方法重建的颗粒场的纵深定位误差与夫琅禾费系数的关系, 对比了非透明与透明颗粒纵深定位误差的异同点. 实验和模拟结果显示出该方法对于连续物体和离散颗粒场的显微全息重建图像的景深扩展能力, 且能由此准确重建物体信息.     

大尺寸物体彩色全息图制作的研究

通过分析两步法制彩色全息图中全息图空间带宽积与物体大小、全息图记录距离的关系,提出了一种拍摄大尺寸物体彩色全息图的方法。经编码,设置参数,在视窗处平面记录下三分色全息图, 以保证用最小的幅面记录下物体的完整信息,并且H1rgb处于同一平面经原参考光的共轭光再现时,他们的再现像能完全重合;将H1rgb再现,获得大视场的物光波信息,三基色物波信息重合后,用光学方法记录大幅面的彩色全息。该方法能提高全息图再现像的视场和解决大尺寸物体的全息图难拍摄问题。 经实验验证,该方法能将全息图再现像的视场提高6倍左右。     

动态微粒场诊断用全息光路的设计与分析

本文分析了动态微粒场测试的特点,设计了一种适合于动态微粒场用脉冲激光全息诊断的全息光路,并从理论上进行了分析。使用这种全息光路记录的微粒场全息图,当用记录参考光,而不是它的共轭光照明再现时,就能获得微粒的实象,因而,使得参考光类型的选择更加灵活。同时,由于光路设计上还考虑了参物光之间的空间相干性的匹配,故降低了对激光器横模的要求。     

Choice of geometrical parameters of schemes for recording and reconstructing holograms of small-size particles

The effect of inequality of hologram recording and reconstruction wavelengths on the dimensions of images of microscopic particles reconstructed by using this hologram is considered within the framework of the third-order aberration theory. Recommendations on the choice of geometrical parameters of schemes for hologram recording and reconstruction providing the realization of a given accuracy of particle size measurement are given and substantiated. Limits of admissible variations of these parameters are determined.     

用全息透镜记录多重分数傅里叶变换全息图

提出一种全息透镜记录多重分数傅里叶变换全息图的新方法，它能在三维空间不同位置和不同方向上分别再现所记录的多个物体的图象，分析了利用全息透镜记录多重分数傅里叶变换全息图的原理及特点，制作了多重分数傅里叶变换全息图，并获得了满意的再现结果。     

Dual hologram interferometry

This report describes dual hologram interferometry, a new electro-optic technique used to calculate two-dimensional density distributions from measurable changes in index of refraction. Using this technique, two scenes recorded at different times are stored in separate holograms. One hologram contains reference data depicting the subject in an undisturbed state and the other hologram describes the same subject in a test or disturbed condition. Desired interference patterns are obtained by super-imposing the two separate scenes which are simultaneously reconstructed from each hologram. Specific interferograms, infinite fringe and various finite fringe patterns, are obtained by carefully regulating the optical attitude between the holograms and the reference beam during reconstruction of the scenes. In this project, dual hologram interferometry is used to describe quantitatively free convection from a uniformly heated right circular cylinder. Temperature distributions through the boundary layer and local heat transfer coefficients are determined at different azimuth positions. The results are compared both to experimental data obtained from another holographic technique and to a theoretical prediction of this specific test. This investigation shows that dual hologram interferometry accurately records changes in index of refraction which means the technique can be used to accurately measure experimental fluid flow data.     

数字无透镜傅里叶变换全息术中非傍轴及离焦像差的校正

对数字无透镜傅里叶变换全息图直接采用逆傅里叶变换进行物场的数值重建时.需要满足两个条件:第一,全息图的记录过程必须满足傍轴近似条件,否则再现过程中会产生非傍轴像差;第二,记录全息图时物平面与参考点光源到全息图记录平面的距离必须相等,否则再现过程中会产生离焦像差.理论分析了非傍轴及离焦记录条件下数字无透镜傅里叶变换全息图的灰度分布特点,并提出了相应的非傍轴及离焦像差的数值校正方法.根据实际的非傍轴或离焦记录情况.分别给所记录的数字全息图灰度分布矩阵乘以适当的非傍轴或离焦校正因子,以消除灰度矩阵中非傍轴或离焦因素的影响.然后再对校正后的伞息图灰度矩阵做逆傅里叶变换处理.即可得到准确的数字再现像.实验结果表明.该数值重建方法能够有效地消除无透镜傅里叶变换全息术中数字再现像的非傍轴像差及离焦像差,提高再现像的质量.