同轴数字全息技术在高速射流粒子测量中的应用

在高压加载下材料表面会产生微物质喷射，传统全息技术已应用在微物质喷射的测量中，获得包含粒子形状和位置信息的再现图像。数字全息技术作为传统全息技术的一种替代手段，直接采用CCD相机接收微喷射粒子的全息图像，再用数字方法重建粒子场，由于其避免了传统全息中干板的湿处理，并且不需要物理再现过程，具有实验过程简单方便、噪声小、实验结果直观、实时处理等优点。文中讨论了采用同轴数字全息技术测量微喷射粒子的实验情况，获得了铝飞片在爆轰加载下的微喷射粒子的数字全息图像和再现图像，给出了粒子的尺寸分布和微喷射粒子的速度。     

利用单幅同轴菲涅耳数字全息图重构物光波面

在数字全息研究中,为了充分利用CCD器件有限的卒间带宽积,常采用同轴全息记录.然而用同轴全息图再现时,再现物光波和共轭物光波是混在一起无法分开的.有效消除同轴全息图再现光波场中的共轭像是数字全息应用中的一项关键技术.基于菲涅耳衍射运算和逆运算,提出一种用同轴数字全息图重构物光波面的迭代算法.该方法利用同轴全息图再现时,再现物光波和共轭物光波衍射特性的不同来剔除共轭物光波成分,从而将再现物光波成分有效分离出,实现单幅同轴全息图的物光波面数值重构.计算机模拟实验证明了该方法简单易行.     

基于Matlab的计算全息图的制作与数字再现的研究

 应用Matlab语言，结合博奇型计算全息的编码方法，利用计算机分别绘制了菲涅耳全息图和傅里叶变换全息图，实现了计算全息图的快速制作，讨论了制作计算全息图的原理、方法和步骤。利用CGH技术和数字全息技术所生成的全息图再现出原始图像，完成了全息图的数字重现，实现了整个全息记录和再现过程的计算机模拟。与传统的编程语言和绘图方法相比较，该算法在实现上更加简单和快捷，并且带有一系列提高计算全息图质量的措施，有效地消除了零级像和孪生像的影响，获得了清晰的数字再现图像。     

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。     

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.     

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.     

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.     

基于双色光照明的单曝光同轴数字全息技术

提出了一种基于双色光照明的单曝光同轴数字全息技术。在红绿蓝三色中,任选两种波长的光来照射物体,采用彩色CCD记录双色同轴全息图,然后经过三基色分离数字处理,可得到两幅不同波长的同轴全息图。用角谱衍射理论对该技术进行了分析,表明在降低物参光振幅比的条件下,通过对同轴数字全息图求自然对数,可近似得到衍射物光及其共轭之和,其误差与物参光振幅比有关。取两幅不同波长的同轴数字全息图,经自然对数处理后,用传递函数可以很好地重构出物体图像,给出了具体的数字处理算法。用仿真实验,模拟了该技术的全息记录和处理过程,得到重构图像的峰值信噪比(PSNR)为14.2 dB。结果表明该方法可以去除孪生衍射像干扰,可以实现清晰的单曝光同轴全息成像。最后,分析了再现像中噪声产生的原因。该技术可用于基于同轴全息的实时成像与动态测量。     

共轭对称延拓傅里叶计算全息

提出一种计算全息算法，将物光波进行共轭对称延拓，经快速傅里叶变换直接生成实函数，其中包含物光波的幅度和相位信息，可编码得到灰度全息图.利用此全息图可清晰地再现原物光波.通过共轭延拓生成计算全息图的方法与以往基于干涉的计算全息不同之处在于，这里并不需要模拟物光和参考光的干涉，计算效率很高.利用生成的全息图在数字再现和光电再现实验中均获得了良好的效果.理论推导和实验结果都验证了算法的有效性. 关键词： 计算全息 共轭对称 数字再现 光电再现     

多模式光学数字全息实验教学系统

研究设计了一种多模式现代光学数字全息成像实验教学系统.该系统可通过多光路模式与CcD技术相结合建立并记录数字全息图频率场,采用不同数学算法和程序实现全息图的全数字化重构再现与图像的三维测量,并通过界面设计详细演示数字全息成像的原理与过程.     

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.     

大尺寸物光波面彩色数字全息高质量重建研究

为解决检测面尺寸较大时CCD难以得到高质量数字全息图的问题,本文利用负透镜设计光学系统让CCD接收来自物体的缩小虚像,以球面波为参考波,使用单色CCD近距离得到三种色光照射下的大尺寸彩色物体的数字全息图,然后采用可控放大率波面重建算法得到同一尺寸的数字全息重建像,合成彩色数字全息重建像.同时,使用两种消零级方法去除零级干扰,提高重建像质量,一种方法利用空间光调制器相移技术在参考光中加入一次任意相移,记录两幅数字全息图,消除重建零级像|另一种方法使用“无干扰全息图”消除重建零级像及共轭像.本文讨论结果可为大物体彩色数字全息及多波长数字全息检测应用提供有益的参考.     

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。     

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     

基于液晶空间光调制器的全息显示

在传统的纯相位全息显示系统中, 一般基于快速傅里叶变换(FFT)算法来计算相位全息图, 在FFT的计算中需要遵循Nyquist采样定理, 因此, 重建图像的尺寸往往受限于空间光调制器的固定采样率. 这个限制可以通过卷积算法或者两步菲涅耳衍射算法来解决, 但是需要使用多个FFT的计算, 导致计算量增大. 鉴于此, 提出了一种基于透镜的纯相位全息图计算方法. 在全息图的计算中, 通过透镜的成像原理建立一个采样率可变的虚拟全息面, 通过调节相应的距离参数使得在全息图的计算中可以任意调节原始图像的采样率, 摆脱了传统方法中液晶空间光调制器带宽积对重建图像尺寸的限制, 并且这种算法只需使用一次FFT就能达到变采样率的衍射计算, 大幅提高了全息图的计算速度. 数值模拟及光学实验结果证明了此方法可以在全息显示光学系统中清晰地重建不同尺寸的图像. 同时该系统可以有效地消除由空间光调制器的像素化结构带来的零级衍射.     

大尺寸物光波面彩色数字全息高质量重建研究

为解决检测面尺寸较大时CCD难以得到高质量数字全息图的问题,本文利用负透镜设计光学系统让CCD接收来自物体的缩小虚像,以球面波为参考波,使用单色CCD近距离得到三种色光照射下的大尺寸彩色物体的数字全息图,然后采用可控放大率波面重建算法得到同一尺寸的数字全息重建像,合成彩色数字全息重建像.同时,使用两种消零级方法去除零级...     

Digital holographic image fusion for a larger size object using compressive sensing

Digital holographic imaging fusion for a larger size object using compressive sensing is proposed. In this method, the high frequency component of the digital hologram under discrete wavelet transform is represented sparsely by using compressive sensing so that the data redundancy of digital holographic recording can be resolved validly, the low frequency component is retained totally to ensure the image quality, and multiple reconstructed images with different clear parts corresponding to a laser spot size are fused to realize the high quality reconstructed image of a larger size object. In addition, a filter combing high-pass and low-pass filters is designed to remove the zero-order term from a digital hologram effectively. The digital holographic experimental setup based on off-axis Fresnel digital holography was constructed. The feasible and comparative experiments were carried out. The fused image was evaluated by using the Tamura texture features. The experimental results demonstrated that the proposed method can improve the processing efficiency and visual characteristics of the fused image and enlarge the size of the measured object effectively.     

Potential of digital holography in particle measurement

This paper describes the potential power of digital holography in particle measurement and its expected development in the near future. In digital holography, image reconstruction is carried out numerically on a computer using observed hologram patterns and some quantitative information can be derived from the reconstructed images. In this paper, the basic concept and procedure of digital in-line holography are shown mainly for particle depth measurement and the performance test results obtained in numerical simulations and experiments are demonstrated to examine the potential of the present method.     

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 μm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。     

基于DMD的数字全息显示及其再现像质增强

采用DMD作为空间光调制器构建了一套数字全息显示系统.分析了数字全息图光学再现中影响再现图像质量的因素,提出了一种采用频域滤波重建高条纹对比度滤波全息图来改善其光学再现图像质量的新方法.采用信噪比及图像亮度作为评价参量,对原始全息图和滤波全息图的数值再现像进行定量分析表明,滤波后全息图的再现像质量明显优于原始全息图的再现像.基于DMD数字全息显示系统的光学再现实验也验证了理论分析结果.