利用小尺寸电荷耦合器件实现数字全息高分辨成像

为了在降低数字全息显微成像系统成本的同时实现高分辨成像,对像面数字全息显微术的记录与再现过程进行了理论分析,结合系统的点扩散函数,对该系统的横向分辨率进行了分析. 得到了如下结论：像面数字全息显微系统的横向分辨率对电荷耦合器件（CCD）光敏面尺寸变化不敏感;对于常见的CCD 器件,其像元尺寸的变化对该系统的横向分辨率影响甚微. 此外,对像面数字全息显微系统的成像特点进行了分析,结果表明：利用像面数字全息系统可以实现物体信息的完整记录与再现,其成像分辨率及像质优于预放大数字全息系统. 利用搭建的数字全息实验记录系统,从强度及位相两方面对理论分析结果进行了验证,实验结果表明了理论分析的正确性. 关键词： 像面数字全息术 横向分辨率 点扩散函数 小尺寸电荷耦合器件     

基于涡旋光照明的暗场数字全息显微方法研究

提出了一种基于涡旋光照明的暗场数字全息显微方法. 从理论上阐述了涡旋光环形照明原理和暗场数字全息显微原理, 分析了涡旋光的准无衍射特性对成像的影响; 搭建了相应的数字全息显微成像系统, 采用690 nm的聚苯乙烯小球作为实验样品; 最后通过对小球明暗场下数字全息显微再现像的分析对比, 证明该方法可以有效地提高数字全息系统的分辨率, 同时增强了再现像的对比度. 关键词： 全息 暗场数字全息显微 涡旋光 分辨率     

空间光调制器特性及其在数字全息中的应用

空间光调制器特性及其在数字全息中的应用实验,教学内容丰富,包括空间光调制器的性质,如像素尺寸测量、振幅调制特性测定、相位调制特性测定和黑栅效应消除,还包括空间光调制器的实际应用——数字全息实验.通过该实验的学习学生可以掌握空间光调制器的基本工作原理,并了解其在数字全息中的应用.     

教学型数字全息综合实验系统设计与实现

全息是一项充满应用前景的3D成像及测量技术,为了更好的辅助全息技术的实验教学,设计了一套教学型数字全息综合实验系统.该系统由计算模拟、光学拍摄、以及数字重构与测量三部分构成.本系统采用优化的全息光路,并配套界面友好的算法程序,降低了数字全息实验的门槛,使得该实验也适合非相关专业的学生.     

全息图像缩放对数字微镜重建显示的影响研究

根据人眼对数字微镜器件成像的响应性质,给出了数字微镜器件重建场的强度表达式.当CCD的面元尺寸与数字微镜器件的镜元尺寸不相等时,在数字微镜器件重建显示系统中将引起数字全息图像的缩放.基于傅里叶光学理论,导出了缩放后数字全息图数字微镜器件重建像的尺寸和中心位置与重建参量的关系.通过理论模拟和数字微镜器件重建显示实验,对分析结果进行了实验验证.     

全息图像缩放对数字微镜重建显示的影响研究

根据人眼对数字微镜器件成像的响应性质,给出了数字微镜器件重建场的强度表达式.当CCD的面元尺寸与数字微镜器件的镜元尺寸不相等时,在数字微镜器件重建显示系统中将引起数字全息图像的缩放.基于傅里叶光学理论,导出了缩放后数字全息图数字微镜器件重建像的尺寸和中心位置与重建参量的关系.通过理论模拟和数字微镜器件重建显示实验,对分析结果进行了实验验证.     

优化的数字全息显微成像系统

基于预放大数字全息显微系统的全息图记录与再现过程及其点扩散函数的分析, 从成像分辨率、成像质量及实现的难易程度等方面对数字全息显微中六种常见记录光路系统的成像性能进行了对比研究. 结果表明, 像面数字全息术具有最高的成像分辨率及成像质量, 其成像分辨率与记录器件的光敏面尺寸无关, 该系统对信息的记录是完整的, 而且记录过程不必考虑物体被照亮区域的大小, 再现过程非常简单, 是优化的数字全息显微成像系统. 等波面弯曲的物参光像面数字全息术非常有利于位相解包裹及位相畸变补偿的正确进行, 该系统更适合于位相显微. 实验结果验证了理论分析的正确性. 关键词： 显微数字全息 预放大数字全息 像面数字全息 分辨率     

反射式数字全息显微术对细胞的研究

根据全息理论和光的衍射理论,理论分析了数字全息显微术原理,并依据四步相移和最小二乘相位展开技术,研究了重构细胞相位的方法.设计了用球面光波作为参考光的反射式数字全息显微光路,通过反射式数字全息显微术的方法分析研究了新鲜洋葱表皮细胞的形貌结构.实验以新鲜洋葱表皮细胞为样本,完成了实验检测和相位重构,得到了细胞的相位和三维信息.分析表明,系统理论分辨率应达到0.8 μm.     

离轴数字全息超分辨率记录系统优化设计

超分辨率数字全息记录系统可以突破系统分辨极限,提高系统分辨率。设计不同形式的超分辨率记录系统用CCD记录高频物光信息是目前一个活跃的研究领域。基于取样定理及衍射的角谱理论对超分辨率离轴数字全息记录系统的设计进行研究,研究表明,无论选择何种设计方案,超分辨率系统所形成的等效CCD的面阵尺寸存在一个优化值,当实际设计尺寸大于优化值时并不能进一步提高分辨率,使用优化值设计的记录系统最紧凑。基于研究结果,导出优化设计超分辨率离轴数字全息系统的方法,以分辨率测试板为物体,使用数字全息再现光场复振幅叠加的方法,给出不同等效CCD尺寸时的重建像。实验结果证明了理论分析的正确性及可行性。     

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.     

菲涅尔数字全息的脉冲响应

数字全息是用CCD记录全息图并用计算机数值重建全息像的一种全息新方法.在数字全息中,通过对不同记录参数下记录的全息图的数值处理,可以消除零级光和共轭光,从而将数字全息系统看作是一个线性系统.本文依据全息理论和付里叶频谱分析,对菲涅尔数字全息系统的脉冲响应和分辨本领进行了理论分析.结果表明,在矩形等间隔抽样的情形下,菲涅尔数字全息的脉冲响应是由CCD有限大小的孔径衍射斑调制的矩形函数;菲涅尔数字全息的分辨率由CCD的孔径尺寸决定;由于CCD像素具有一定的大小,使得点光源的像发生弥散.     

单光路共轴数字全息去背景新方法及应用

针对数字全息图像背景去除的问题,提出两种全息图像重建去背景的方法:背景减弱法和自适应滤波法.搭建了共轴数字全息显微成像实验系统,利用该系统分别对洋葱表皮、植物根茎横切标本、叶片气孔标本和血细胞标本进行背景去除和图像重建.通过光强分布曲线、对比度计算等证明了自适应滤波方法在共轴数字全息结构中去除背景的有效性.实验结果表明,根据环境、样品等不同,全息图的背景也会发生变化.基于此结果,将全息数字显微图像分为三类,并针对不同的背景特点,得出了获取最佳重建图像应采用的有效去除背景方法.研究结果有助于共轴光路数字全息显微术中的重建成像.     

数字全息显微术对细胞的研究

通过数字全息显微的方法分析研究了新鲜洋葱表皮细胞的形貌结构. 根据全息理论、光的衍射理论和透镜的相位变换性质,从理论上分析了数字全息显微原理,并依据四步相移和最小二乘去包裹技术,研究了重构细胞相位的方法.分析比较了不同参考光对数字全息显微分辨率的影响,设计了用球面光波作为参考光记录数字全息显微的装置.以新鲜洋葱表皮细胞为样本完成了实验检测和相位重构,得到了细胞的相位和三维信息,并粗略估计了细胞宽度和厚度.系统分辨率达到了1.3 μm.     

广义相移数字全息反射物体成像实验设计

介绍全息术在光学实验教学中的作用和数字全息及相移数字全息的发展.给出最近出现的广义相移数字全息的相移值抽取和物光再现的原理和公式.设计了适用于普通光学实验室的相移数字全息成像装置,从而将其引入本科实验教学.用反射物体进行光学实验,对文中设计的成像方法的可行性与有效性进行了验证.     

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     

预放大数字全息显微系统的特点

为了提高预放大数字全息显微系统的成像质量,采用理论分析与实验验证相结合的方法,分别对采用平面及球面参考光记录的预放大数字全息显微系统进行了研究和比较。结果表明:在通常的实验条件下,系统的横向分辨力主要取决于显微物镜的成像分辨力;记录距离较小时,两种系统的横向分辨力均随着记录距离的增大略有降低;但当记录距离较大时,球面参考光预放大数字全息系统的横向分辨力降低得更为明显,即平面参考光预放大数字全息显微系统较为优越;在记录距离为0的情况下,即像面数字全息成像情况下,两种系统的再现像均具有最高的分辨力,在利用普通工业用传感器条件下,横向分辨力远超过了2.19 m,且像质较好。因此,尽可能减小全息图的记录距离,或者采用像面数字全息系统,可以有效提高数字全息系统的成像分辨力。     

数字全息变焦系统的研究及应用

从4f系统及照像机变焦镜头的设计思想出发,提出并设计了一个由三面透镜组成的数字全息变焦系统.该系统具有4f系统的性能,且可以方便地改变横向放大率,适应实际检测物体尺寸及形状的变化.用几何光学表述了变焦系统的工作原理,基于矩阵光学理论介绍了变焦系统的设计方法,利用衍射的角谱理论对像空间波面重构计算方法进行了介绍.并且,给出了实验证明及应用实例.     

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。     

高质量等曲率物参光像面数字全息显微系统

对等曲率物参光像面数字全息显微成像系统进行研究,分析了光路配置方法,推导了系统的点扩散函数,并由此指出了决定系统成像分辨率的因素及系统的成像特点,最后讨论了再现像光场一次位相畸变校正的方法.结果表明,等曲率物参光像面数字全息具有最大的信息容量;该系统的成像分辨率取决于显微物镜的数值孔径和CCD的像元大小,与CCD的光敏面尺寸无关;物体各点中通过显微物镜的所有频率成分均能被系统完全记录与再现,样品被照亮区域的大小对记录条件和再现像质没有影响;等曲率物参光像面数字全息系统是一种优化的全息记录与再现系统,利用该系统可以实现高质量成像.实验结果验证了理论分析的正确性.     

数字全息光电再现中像的大小调整方法的研究

从数字全息光电再现的基本原理出发,分析了数字全息光电再现影像大小和再现距离的关系,推导了计算公式.建立了数字全息光电再现实验系统,用数字微反射镜器件（Digital Micro-mirror Device,DMD）的空间光调制器（Spatial Light Modulator,SLM）对光学记录的头像数字全息图进行了光电再现,并给出了实验结果.