菲涅耳全息图的显微成像

从理论上描述了菲涅耳全息图显微成像的原理,并进行了菲涅耳全息图显微成像的初步试验。     

菲涅耳

菲涅耳(Augustin Jean Fresnel,1788-1827)是杰出的法国物理学家,光的波动理论的创立者,巴黎科学院院士(从1823年起)。1806年毕业于巴黎工业学校,1809年又毕业于巴黎桥梁道路学校,以后许多年即在法国的各部门担任道路修建工作。在这个时期,菲涅耳就开始对光学问题感到兴趣。1815年因积极地参加了反对拿破仑的军事行动,因此失去了职业。在这时期他开始对光的衍射现象进行重要的实验和理论的研究。1815年末重新复职。1818年由于法国著名学者阿拉果和拉普拉斯的斡旋,他迁居到巴黎,并参加灯塔照明改组委员会的工作。因为工程方面的职务是他经常维     

菲涅耳数字全息图的Gabor小波变换再现法

提出了一种基于Gabor小波变换的菲涅耳全息图的数值再现方法,实现无需空间滤波处理,即可对物光波进行数值再现.给出Gabor小波变换以及小波变换脊的定义,并从理论上证明通过对全息图进行Gabor小波变换,提取小波变换脊对应的小波变换系数,包括幅值与相位信息,即可直接获得与+1级频谱相对应的被测物光在全息面上的强度与相位分布,并同时直接消除零级衍射像以及孪生像的影响.通过计算机模拟再现光波经全息图衍射后的传播规律实现数值再现,得到清晰的再现像.通过计算机模拟一相位型物体以及实验证明该方法的有效性.     

复杂三维场景数字全息图消隐快速算法

提出了一种考虑人眼分辨率的快速消隐算法,它按照人眼观察场景时的不同位置将全息图划分成相应的区域,只对每个区域的中心点进行消隐,再用消隐后的数据作为整个区域的场景数据制作数字全息图.当区域尺寸小到一定程度时,对于人眼来说,中心消隐和逐点消隐的效果相当,而消隐速度大大提高.计算机模拟及实验表明,该方法在不降低全息图再现像质的前提下,将消隐速度提高了约105倍.     

菲涅耳半波带法的基尔霍夫──菲涅耳积分理论

本文用基尔霍夫—菲涅耳积分计算圆孔轴上衍射光强,最后得出和半波带法相同的结果. 由基尔霍夫—菲涅耳理论,入射光垂直通过孔径s的衍射场分布为其中A是振幅函数,可近似认为是常数,已提出积分号外.k=2π/λ, 设衍射圆孔半径为a,选取如图一所示的坐标系,轴上观察点P与圆孔平面(xoy平面)相距z。由图可见积分面积元为 ds=ρdρdθ =γdγdθ圆孔轴线上p点的光场为 光强I正比于EE,E是光场E的共轭值.由于一般只考虑相对强度,所以可直接写成等式.P点的光强为 I—4 AZ sinZIM k(Ya‘十z‘一z) l =I。sinZIMk(Ya“十z“一z) l其中 I。一4 A…     

用一幅离轴菲涅耳数字全息图重建物光波的局域算法研究

基于对离轴菲涅耳全息干涉条纹强度分布的分析,根据CCD记录数据的特点研究了从一幅全息图重建物光波波前、再现物体像的一种新方法.以记录面上某一点（CCD靶面上某一像元）为中心取一个小邻域,假设在该邻域内参考光的振幅、物光的振幅和相位是慢变化的,全息图的强度变化仅是由倾斜入射的参考光的相位变化引起的,从而可用最小二乘法构建一个线性方程组,通过求解该方程组可求得该点物光波的振幅和相位.文中给出了该方法的基本思想和理论分析,并通过计算机模拟和初步的光学实验,验证了该方法的正确性和有效性.     

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.     

复杂三维场景数字全息图隐藏面问题研究

从数字全息图制作原理出发,分析了隐藏面对数字全息图再现像的影响,得出在制作复杂场景数字全息图时必须进行消隐.在此基础上提出了一种消隐方法,通过寻找连接全息面上每一采样点与场景中每一采样点之间的虚拟光线与场景的交点中到全息面距离最短的交点集来消隐.最后给出了这种方法的原理和计算机模拟结果.     

圆孔的菲涅耳衍射

得到了圆孔菲涅耳衍射光强分布的表达式,此式由贝塞尔函数的数列(或Lommel函数)给出,因此很容易利用普及的数学软件算出结果.并且利用CCD照相机量度了衍射光强分布,与运算的结果作了比较,也与Burch在1985报导的结果作了比较.     

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.     

菲涅耳与波动光学

 一、科学渊源与历史背景光是什么?是波,还是粒子?这个问题的争论由来已久,并一直萦绕在许多科学家的脑海里。虽然光学的起源可以追溯到远古时代,但是光学形成为一门独立的学科体系,还是在16、17世纪实验科学发展的推动下促成的。15世纪末～16世纪初,欧洲的玻璃制造业已相当发达,到16世纪末,眼镜的使用已很普遍,眼镜制造业已成为一个十分健全的工业。而望远镜和显微镜的发明,则是17世纪初光学仪器发展的最大成就。与之相适应,在这一时期,也就出现了以胡克（R.Hooke,1635～1703）描述显微观察的专著《显微学》为代表的光学著作。     

双面菲涅耳聚光镜设计

为了减小光伏发电聚光系统的轴向尺寸,使聚光系统的厚度更薄、质量更轻,讨论设计了一种透射式双面菲涅耳聚光镜。通过设计,使光线在通过双面菲涅耳聚光镜的前表面环带后进入相应的后表面环带,减少了光能损失,使太阳能电池获得的能量密度更高。推导并给出了双面菲涅耳透镜的后表面环带设计公式。用光学设计软件Light Tools模拟了双面菲涅耳聚光镜的光学能力,并对模拟结果进行了分析评价。给出了一个口径为200 mm,焦距为120 mm,F数为0.6的双面菲涅耳聚光镜设计实例,在波段为380~760 nm,太阳张角为0.55°时,聚光系统的聚光效率达到85%,与相同口径相同焦距的传统菲涅耳透镜相比,聚光效率提高了21.1%。     

旋光现象的菲涅耳解释

为了解释光在旋光物质中偏振面旋转现象,菲湼耳首先提出一个极为一般的理论,假设在旋光物质中右旋圆偏振光和左旋圆偏振光的传播速度不同,对于右旋物质来说,右旋圆偏振光的速度大,左旋圆偏振光的速度小,卽v_R>v_L;而对于左旋物质则相反,根据这一假设,解释旋光现象的叙述在一般的普通物理学     

菲涅耳透镜的近似设计

使用BASIC语言的简单程序,可使光学设计者熟悉菲涅耳透镜的某些性质和参数。一前言现代菲涅耳透镜不仅用作聚光器、照明器和放大镜,而且在其它成象系统中的应用也日益广泛。菲涅耳透镜的优点是薄、轻 (通常用塑料制成)、孔径大     

一种菲涅尔全息图的快速算法

通过分析菲涅尔全息图计算模型,发现大量的平方运算和三角函数运算是计算速度的瓶颈,提出了一种菲涅尔全息图的快速计算方法.根据菲涅尔全息图的数学模型,利用三角函数的和差化积公式,将全息图的数学模型变换为由仅与水平或垂直方向有关的独立分量,通过四则运算来表示.在菲涅尔全息图的计算中,用少量的三角函数、平方运算和大量的四则运算代替原来大量的三角函数和平方运算,减少了全息图的运算量.实验表明,采用该算法后全息图的计算速度提高了9倍以上.     

菲涅耳衍射的数值计算

利用Mathematica软件分别计算了单缝衍射及双缝衍射的光强分布,成功解决了菲涅耳衍射的计算这一较难问题,并得到了双缝衍射向杨氏双逢干涉过渡的具体条件,完成了实验室内难以完成的任务.     

环形光栅的菲涅耳衍射

在圆孔的菲涅耳衍射的基础上 ,讨论环形光栅的菲涅耳衍射 ,并给出了计算机仿真结果     

菲涅耳实验的一点改进

一种测量两虚光源距离的方法。     

旋光现象的菲涅耳解释

为了解释光在旋光物貭中偏振面旋转现象,菲涅耳首先提出一个极为一般的理论,假设在旋光物貭中右旋圆偏振光和左旋圆偏振光的传播速度不同。对于右旋物貭来说,右旋圆偏振光的速度人,左旋圆偏振光的速度小,即V_R>V_L;而对于左旋物貭则相反。根据这一假设,解释旋光现象的叙述在一般的普通物理学教科书中都可以找到。但是由于这些书中的叙述都不够详尽细致,产生了一些疑问或错误的理解,例如有人把波传播的快慢与圆偏振光的     

基于菲涅耳全息图和离散余弦变换的“盲数字水印”技术

基于光学菲涅耳全息图和相位密码板,结合离散余弦变换,设计了一种新的正实值编码的“盲数字水印”计算方法.相位密码板是多个点光源的菲涅耳衍射光场的相角之和,原始水印图像在其菲涅耳衍射域中与通过相位密码板的参考光作相干叠加,形成菲涅耳全息图;之后将其嵌入到原始宿主图像的离散余弦变换中,同时将此叠加水印信息的原像素值用其邻近的原像素均值来替换;通过作逆离散余弦变换,获得了已嵌入水印信息的正实数值的目标图像;通过对载有水印信息的目标图像作逆运算,从中提取了原始水印图像.数值计算结果表明：该水印计算法对JPEG有损压缩、剪切、噪音污染和重采样等攻击,具有很强的鲁棒性.由于本算法属“盲数字水印”技术,以及水印信息的灵活嵌入和多重密钥（衍射距离、多个点光源位置等）的随意选择,从而使该算法具有很高的安全性和实用价值.