菲涅耳波带板无运动卷积全息术

提出了菲涅耳波带板(FZP)无运动卷积全息术.该技术使用均匀扩展光源,使得从光源不同位置发出的光在经过FZP编码孔径之后,在物体上形成多个菲涅耳波带板投影叠加.物体的全息图是FZP投影光强分布函数与物体的光强分布函数的卷积,无需机械运动便得到物体的扫描全息图.采用数字相关解码方法实现全息图的再现.用蒙特卡罗方法模拟了菲涅耳波带板入射光束在经过散射介质以后,其出射光强分布随散射介质厚度的变化规律.结果表明:当散射介质厚度为5 cm时,出射光束依然基本保持菲涅耳波带板形式的光强分布.对嵌埋在浓度为1%的Intralipid散射溶液中直径为0.4mm的金属丝进行成像实验,分别得到当散射介质厚度为1cm、3cm和5cm时的再现像,实验验证了菲涅耳波带板无运动卷积全息术用于高散射介质中物体成像的可行性.     

菲涅耳波带板无运动卷积偏振选通成像研究

提出了菲涅耳波带板(FZP)无运动卷积偏振选通全息术,该技术的原理与菲涅耳波带板扫描全息术相同,但在成像系统结构上作了重大改进,改进内容主要有两个方面:第一,使用扩展光源,用多个菲涅耳波带板在物体上的投影叠加形成卷积运算来取代机械扫描,克服了扫描造成的系统不稳定性和限制实际应用的耗时问题;第二,用CCD取代光电倍增管,使物体上所有的点都同时成像在CCD靶面上,达到实时采集整个全息图的目的。对线偏振光和圆偏振光经过散射介质脂肪乳剂(Intralipid)溶液后偏振度的变化规律进行了实验研究,研究表明,在米氏散射区,圆偏振光比线偏振光更容易保持偏振态。应用菲涅耳波带板无运动卷积偏振选通成像系统,采用圆偏振光作为入射光,对嵌埋在浓度为1%、深度为2 cm的脂肪乳剂溶液中的金属丝(直径0.4 mm)进行了成像实验,结果表明,菲涅耳波带板无运动卷积偏振选通全息术原理是可行的。     

菲涅耳波带板扫描全息术透过高散射介质成像

将菲涅耳波带板扫描全息术用于高散射介质成像技术中。对于编码函数非负给物体的再现像带来的背景噪音．提出采用构造复合全息图的方法来消除。在实验中运用该方法得到了信噪比和衬比度较好的物体的再现像。计算并测试了系统的点扩展函数,实验结果与理论计算结果相吻合．其结果都接近于二维的δ函数。用菲涅耳波带板扫描全息成像系统进行了成像实验．得到了嵌埋在浓度为1％、深度为1．7cm的脂肪乳剂中的吸收体清晰的再现像,吸收体为直径0．4mm的金属丝和内径为6．0mm的金属环,另外．也得到了直径为2．5mm的黑塑料球的再现像。     

光学扫描全息术的推广

给出了光学扫描全息术的基本原理。记录时用实时 FZP与物体强度透射率发生卷积从而产生扫描全息图 ;再现时用与记录时相对应的 FZP与全息图信号发生卷积即可再现出物体的信息。推广了光学扫描全息术 ,提出只要某一实时的光场强度分布函数具有如下性质 :(l)该函数中含有 x,y,z参量且相对于 z参量具有圆对称性 ;(2 )对于某一确定的 z参量 ,该函数的自相关是δ函数 ,就可以把该光场作为光学扫描全息术中的照明光场对物体进行扫描记录以得到扫描全息图。     

三维面形测量数据的计算全息可视化

提出利用计算机制全息进行三维面形测量数据立体重现的技术。首先利用三维面形测量技术同时获取三维物体的强度和距离像；然后根据三维面形测量数据，设计和制作菲涅耳计算全息图；最后将计算全息和光学全息相结合，以菲涅耳计算全息图的光学再现像为对象，记录光学像全息。这样既解决了计算机制全息术中真实三维物体立体信息数据捕捉的问题，又为三维面形检测提供了一个行之有效的立体重构技术。给出了这种方法的原理、计算全息的设计、制作方案和实验验证结果。     

三维复杂场景的菲涅耳全息图频域压缩重建

针对三维物体计算机产生全息图信息的相似性和冗余性问题,提出了一种基于三维总变分稀疏模型复杂三维场景的菲涅耳全息图频域压缩重建方法。首先通过计算获得了三维物体的菲涅耳全息图,然后利用概率密度函数服从指数分布的非相干变密度频域下采样模式对菲涅耳全息图的频域进行频域下采样操作,最后利用压缩感知重构算法对下采样后的全息图频域信息进行频域压缩重建。模拟实验验证了该方法的可行性,相比于传统的利用高斯随机测量矩阵对全息图空域的下采样模式,所提方法能够显著提高重构图像的峰值信噪比,这方法尤其适用于低采样率情况下。     

一种新的真彩色彩虹全息术

本文提出了一种新的真彩色彩虹全息术称为三维物体的色编码重现技术,其特点是:利用单波长激光对三原色激光所记录的三维漫反射物体的菲涅耳全息图进行编码,从而可用单波长激光器在同一种记录介质上一次曝光记录三维物体的真彩色彩虹全息图。     

多光束数字全息的研究

提出了一种多光束数字全息技术来解决当利用菲涅耳数字全息对全息图进行再现时,物体的多个表面无法同时再现得明亮、清晰.该方法是记录时采用多光束照明同一物体的多个表面,增强CCD上接收到的物体侧表面散射光的强度.实验成功地同时再现了物体的多个表面.同时,为了减弱再现像的散斑噪声,采用双线性插值和中值滤波处理图像,获得了质量高的三维物体的再现图像.     

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.     

压缩感知重建数字同轴全息

数字重建是数字全息技术的关键步骤.传统的重建算法存在共轭像、聚焦物体与背景离焦物体相互干扰等问题.应用新兴的压缩感知技术,研究了全息图像的稀疏重建.基于衍射的线性运算,导出了利用压缩感知重建数字同轴全息三维空间的算法.利用该算法对颗粒的模拟全息图和数字显微全息实验全息图进行了重建,并将重建结果与传统的卷积重建结果进行了...     

利用反射全息实现计算全息三维显示

计算全息和光学全息都可应用于三维显示,但各有自己的优势和缺陷.将计算全息和光学反射全息相结合,可以突破光学全息对记录物体的限制,进行虚拟物体或自然场景的全息图的制作,同时可以实现白光再现.本文首先用三维扫描仪获得实际物体的三维数据,用"点云算法"模拟得到其菲涅耳全息图透射率数据,采用计算全息打印机将其输出于全息记录介质,得到可光学再现的菲涅耳计算全息图H1.然后将H1作为光学全息的记录物体进行反射全息记录,将平面全息转化为体全息,实现了计算全息白光再现.     

利用反射全息实现计算全息三维显示

计算全息和光学全息都可应用于三维显示,但各有自己的优势和缺陷.将计算全息和光学反射全息相结合,可以突破光学全息对记录物体的限制,进行虚拟物体或自然场景的全息图的制作,同时可以实现白光再现.本文首先用三维扫描仪获得实际物体的三维数据,用"点云算法"模拟得到其菲涅耳全息图透射率数据,采用计算全息打印机将其输出于全息记录介质,得到可光学再现的菲涅耳计算全息图H₁.然后将H₁作为光学全息的记录物体进行反射全息记录,将平面全息转化为体全息,实现了计算全息白光再现.     

Optical tomography based on nonredundant array scanning holography

A novel technique termed nonredundant array scanning holography based on the principle of optical heterodyne scanning holography and the tomographic technique of coded aperture imaging is proposed. The system designed in terms of this technique codes an object optically and decodes its coded image digitally. It can realize optical tomograms of three-dimensional objects. It also has potentially practical value due to its compact structure. The computer simulations present the principle of the technique. Some experiments at the proof-principle level are performed to test the principle.     

光束扫描超分辨数字全息

根据超分辨成像理论, 提出了一种基于光束扫描的超分辨数字全息记录与再现技术。用菲涅耳衍射理论证明了该技术可有效增大CCD探测器的等效尺寸和系统截止频率, 从而提高数字全息成像分辨率。计算机仿真验证了该方法的正确性与可行性。对光束扫描全息记录系统进行了详细描述, 对该数字全息术的再现方法进行了具体说明。对比合成孔径数字全息术, 该技术在全息记录中无需反复移动CCD探测器, 也不必反复调整参考光以避免出现欠采样。     

Twin-image elimination experiments for three-dimensional images in optical scanning holography

Twin-image elimination in the context of optical scanning holography has recently been proposed. The proposed technique involves simultaneously acquiring sine and cosine Fresnel holograms. A complex hologram is then formed by complex addition of the holograms, and twin-image rejection is predicted by computer simulations. An experimental verification of the technique by optical acquisition of the two holograms and subsequent reconstruction of the complex hologram digitally is reported. Three-dimensional image reconstruction without twin-image noise is demonstrated.     

光学扫描全息术研究进展

光学成像技术极大地拓展了人类的视觉极限,提高了人们观察和理解现实世界的能力。越多地获得目标的光学信息,对其的认识越充分。数字全息术是一种可以将样本的三维信息以二维全息图的形式编码记录下来的一种成像技术。通过获得由携带物体信息的物光波和参考光波叠加产生的干涉图案,可以以数字化的方式实现多种重建模态,例如图像恢复、相位成像和切片成像等。光学扫描全息术是一种独特的数字全息成像技术,通过主动式二维化扫描对三维物体进行成像,其完整的波前信息可以被单像素探测器记录,并基于光外差检测进行信号解调,从而恢复出复数全息图。对光学扫描全息术的最新进展进行介绍。首先,基于双光瞳成像系统,通过特殊的硬件和算法设计,提高光学成像系统的性能,如提高空间分辨率、缩短扫描时间。其次,基于计算成像原理,通过改进和优化全息像重建算法,实现高质量的图像恢复,主要涉及切片成像和三维成像等重建模态。第三,介绍光学扫描全息术的其他研究方向,并讨论该领域未来可能的发展方向。     

基于空间光调制器的非相干数字全息单次曝光研究

菲涅耳非相干相关全息术(Fresnel incoherent correlation holography,FINCH)利用在空间光调制器(spatial light modulator,SLM)上加载双透镜模式对同一物点光分束自相干,并通过改变加载的相位因子得到不同的相移全息图.本系统利用SLM可分区编码调制特性,将FINCH成像中SLM上分三次加载的0°,120°,240°相位双透镜掩模各提取1/3组成一幅复合相移模式加载,并研究了三种相位分布方式对FINCH成像质量的影响.结果表明:三个相位在SLM上分布间隔越大,再现像越清晰.在此基础上,提出了一种新的掩模加载方式,在SLM加载透镜阵列,每一个相位因子对应一个双透镜,具有一个光轴.实验表明,通过这种加载方式,通过SLM后形成的三个相移图能够一次在电荷耦合器上记录,并且三个相移图不重叠,然后通过MATLAB编程计算将不同相移角度的全息图分别提取出来,通过三步相移计算合成一幅包含有物光波的复值全息图,最后通过数值再现算法重建待测样品.此系统可用于对光源相干性较低的实时成像系统,也为微小形变测量、动态物体的观测提供了新方法,为非相干数字全息术的发展提供了新思路.     

Geometrical optics in Fresnel quantum holography

The geometrical optics in Fresnel quantum holography for quantum entangled two-photon source and classical thermal light source based on the second-order correlation measurement has been discussed. We theoretically prove that the Fresnel quantum hologram of the detected object can be obtained through second-order correlation measurement and the optical reconstruction process can be accomplished by making use of a point light source.     

Digital holography for quantitative phase-contrast imaging

We present a new application of digital holography for phase-contrast imaging and optical metrology. This holographic imaging technique uses a CCD camera for recording of a digital Fresnel off-axis hologram and a numerical method for hologram reconstruction. The method simultaneously provides an amplitude-contrast image and a quantitative phase-contrast image. An application to surface profilometry is presented and shows excellent agreement with contact-stylus probe measurements.