改善数字全息显微术分辨率的几种方法

从理论和实验上研究了数字全息显微术的分辨率问题。通过分析几种不同数字全息记录光路对记录介质空间分辨率的要求表明,无透镜傅里叶变换全息光路对CCD的空间分辨率要求最低,最能充分利用CCD的带宽;再现像面的空间分辨率在不同方向上的不一致,会导致再现像在空间分辨率高的方向上相对展宽,而在空间分辨率低的方向上相对压缩;再现像的横向分辨率主要由CCD所能记录的物体的最高空间频率决定,它随CCD的尺寸和空间分辨率的提高及记录距离D的减小而提高。给出了消除再现像畸变的方法及实验结果,并提出了3种改善横向分辨率的方法。     

基于数字全息相位差放大的弱相位检测方法

相位差放大技术(PDA)是干涉测量领域里一种提高相位分辨率和测量精度的手段。将数字全息与相位差放大技术相结合,提出了一种利用傅里叶变换原理实现数字相位差放大(DPDA)的方法,并应用于弱相位检测。与传统的光学相位差放大方法相比,数字法相位差放大对实验装置要求较低,并且具有易于抑制噪声、载波因子可调等优点。数值模拟和实验分析的结果也表明,该方法可以实现100倍以上的低噪声相位差放大,使干涉仪分辨弱相位细节的能力有显著提高。     

实时数字全息测量温度场研究

利用数字全息干涉术研究了气流温度场的分布,对实验中所采集的干涉条纹图像进行傅里叶变换,数字低通滤波和傅里叶逆变换处理以消除散斑噪声影响,确保了气流场干涉条纹相位信息的高对比度和低噪声,并对其进行提取和展开;根据理论研究的相位与折射率的关系求得气流场的温度分布,实验结果与热电测量的结果基本一致,表明了实时数字全息干涉术是一种测量温度场的有效方法,具有极好发展和应用前景。     

用于微结构几何量测量的数字全息方法

基于光学全息和数字图像处理技术发展起来的数字全息方法,其显著的优越性表现在全视场、无损、非接触,且能得到高分辨率。无透镜傅里叶变换数字全息,最能充分利用CCD的有限带宽,而且允许的最小的记录距离与被记录物体的大小成正比,对于微小物体可以达到很高的分辨率,因此广泛用于微结构几何量的测量。然而,其记录距离受到光学元件物理尺寸的限制,分辨率不能得到很好地提高。应用预放大离轴菲涅耳数字全息,能够更大程度地提高分辨率,达到1m以下的横向分辨率。     

数字全息显微中常见重建算法比较

基于理论分析和实验验证相结合的方法,对数字全息显微术中常见的三种重建算法即菲涅耳变换算法、角谱算法和卷积算法做了比较研究。结果表明:利用菲涅耳变换算法对离轴无透镜傅里叶变换数字全息进行重建时,无重建距离的限制;采用卷积重建法只能在最佳再现距离附近一个非常小的范围内才能获得高分辨率再现像;而采用角谱重建法在略小于最佳再现距离及大于最佳再现距离较大范围内重建,均能获得高分辨率的再现像。角谱重建法总体上优于卷积重建法。菲涅耳变换重建法简单、快捷,是优化的重建算法。     

数字全息显微系统的成像分辨率分析

根据成像理论和全息系统的点扩散函数,研究了数字全息显微系统的成像分辨率,给出了无预放大和有预放大情况下成像分辨率的表达式,指出了只有当CCD的成像分辨率等于或高于显微物镜(MO)的成像分辨率时,预放大数字全息系统的成像分辨率才取决于显微物镜的数值孔径(NA);反之,系统的成像分辨率则取决于CCD的数值孔径。采用无透镜傅里叶变换全息记录光路,对美国空军分辨率测试板进行了实验研究,结果表明再现像在水平和垂直方向的极限分辨率分别为3.91μm和4.38μm,与理论分析相吻合。对条纹物体进行了全息图的模拟记录和再现,结果与理论分析相一致。     

利用EALCD的数字全息干涉术

基于电寻址液晶(EALCD)读写图像实时、衍射效率高的特性,设计了以EALCD和CCD为关键器件的数字全息干涉系统.系统满足空间带宽积,时间、空间相干度和偏振度的要求,提高了干涉条纹的对比度,降低了散斑噪声等影响,实现了数字全息干涉术的高精度测试.利用双曝光全息干涉术原理,应用Matlab编程取代传统相移术中的压电位移...     

数字全息干涉位移场分离研究

提出了一种基于窗口傅里叶脊的离面与面内位移分 离方法,应用于数字全息的多分量干涉相位场 分离。首先,物光束对称照射待测物体, 参考光束直接照射CCD靶面,由CCD相机记录物体变形前后的两幅离轴数字全息图;然后,采 用菲涅尔衍射积分法再现物体变形前后的复物光场,再由两幅复物光场共轭相 乘构建干涉场,利用幅度区分准则和窗口傅里叶变换处理复干涉场,通过窗口傅里叶脊值的 搜索,提取不 同灵敏度矢量物光对应的干涉相位分量;再对干涉相位场进行简单数值运算,将面内与离面 位移场分离出 来。最后,对周边固定、点加载、绕轴向旋转的Al制圆盘三维位移场进行实际测量。实验结 果验证了本文方法的有效性。     

利用全息透镜阵列实现多通道分数傅里叶变换

提出利用全息透镜阵列来实现多通道分数傅里叶变换技术。分析了全息透镜阵列的制作原理,对多个物体实现了分数阶次各不相同的多通道分数傅里叶变换,并与光学透镜实现的实验结果进行了比较,两者的分数频谱互相一致。这种技术在多通道光学信息处理系统及多目标图像识别系统等方面有非常重要的应用。     

全息位相差放大技术研究进展

位相差放大技术是提高位相分辨率和测量精度的一种手段,在干涉计量领域,可用来检测光学元件的微弱畸变和由于物场变化引起的系统位相的变化等.本文介绍了位相差放大基本原理和研究进展.     

无透镜傅里叶变换法制作高衍射效率多方向全息相位光栅

提出了一种记录多方向全息相位光栅的新光路，详细介绍了此光路的调整方法。采用四光路同时曝光，提高了光栅的衍射效率。给出了有实用价值的实验结果和理论分析要点。     

数字全息显微定量相位成像的实验研究

建立了一套预放大式数字全息显微成像系统,通过对样品进行显微放大,实现了高分辨率的定量相位成像;并通过计算机控制相机自动曝光记录序列的数字全息图实现了动态相位成像。用标准样品验证了系统测量的准确性;以活体洋葱表皮细胞和血红细胞为样品,获得了清晰的定量相位像;以置于水环境的草履虫为样品,实现了动态成像。实验结果表明建立的系统可以实现高分辨率的动态定量相位成像,可以应用于生物活体样品的显微研究。     

利用激光全息干涉法测量微小机械变形方向

提出用可分离双参考光两次曝光全息测量物体变形方向的方法。设计的光路系统用两个平面反射镜将一束扩展激光束分成两束参考光和一束物光,籍此记录物体变形下的可分离双参考光两次曝光全息图。该全息图再现的两个像的图层可以被分离,再现的全息干涉图上的条纹可通过改变曝光次序和微位移再现参考光虚点光源的位置而移动。物体变形方向、干涉条纹移动方向和反射镜位移方向以及曝光次序之间有确定的关系。该干涉图含有物体变形方向和位移数值两种信息。从理论上重点分析了物体变形方向信息所遵循的基本规律,并由此得出了测量物体变形方向的方法。最后给出了实验结果。实验表明提出的方法和理论是正确的,物体变形方向的检测正确率可达100%。     

数字全息干涉测量中消相关误差的理论分析与仿真估计

为了对数字全息干涉测量中消相关误差进行理论分析与估计,首先推导了数字全息威像系统的点扩散函数的一般形式,对其作出了一定近似;并通过对二次曝光数字全息干涉法中同一像点的复振幅进行统计光学分析,得出了消相关误差的统计性质;最后通过MATLAB对其进行了仿真.仿真结果表明:理论分析得出的消相关误差的统计性质是符合消相关现象的;进行数字全息干涉测量的条件是每两次曝光的数字全息图的消相关度应满足ρx+ρy＜0.1.     

数字成像时间平均全息振动分析

提出用时间平均数字全息与数字成像相结合的技术测量物体的振幅场,在时间平均数字全息光路中引入成像透镜,使时间平均数字全息技术适用于大尺寸物体的振动分析。阐述了该技术的基本理论,设计了测量光路,并用圆形压电陶瓷片作了实验验证。实验结果表明,在相同条件下,使用数字成像时间平均全息技术记录和再现的数字全息干涉图与使用传统的时间平均全息干涉计量技术记录和再现的全息干涉图相吻合,比较两者的振幅计算结果误差很小。