数字无透镜傅里叶变换全息术中非傍轴及离焦像差的校正

对数字无透镜傅里叶变换全息图直接采用逆傅里叶变换进行物场的数值重建时.需要满足两个条件:第一,全息图的记录过程必须满足傍轴近似条件,否则再现过程中会产生非傍轴像差;第二,记录全息图时物平面与参考点光源到全息图记录平面的距离必须相等,否则再现过程中会产生离焦像差.理论分析了非傍轴及离焦记录条件下数字无透镜傅里叶变换全息图的灰度分布特点,并提出了相应的非傍轴及离焦像差的数值校正方法.根据实际的非傍轴或离焦记录情况.分别给所记录的数字全息图灰度分布矩阵乘以适当的非傍轴或离焦校正因子,以消除灰度矩阵中非傍轴或离焦因素的影响.然后再对校正后的伞息图灰度矩阵做逆傅里叶变换处理.即可得到准确的数字再现像.实验结果表明.该数值重建方法能够有效地消除无透镜傅里叶变换全息术中数字再现像的非傍轴像差及离焦像差,提高再现像的质量.     

数字全息周期像的产生机理及在抑制零级衍射上的应用

在数字全息成像中, 利用CCD的RGB模式采样全息图时, 全息重构像会出现特定的周期性分布. 本文从理论和实验上详细研究了这种周期像产生的机理、分布特性和应用. 研究结果显示, 由于CCD的光谱滤镜会使全息图的RGB三个单色采样阵列出现部分像素信号的缺失, 因此, 需要通过特定的demosaicing数学算法对缺失的像素信号进行重建以形成完整的单色采样阵列, 这是数字全息再现像周期分布产生的根源. 而基于demosaicing算法的采样阵列重建会在全息图频谱中引入调制函数, 导致物体再现像和零级衍射斑的周期分布差异. 本文揭示了全息图的RGB采样、demosaicing算法与全息重构像周期性之间的内在关联. 最后, 讨论了结合空间移位和图像形态学技术, 利用重构像的周期性抑制零级衍射斑的应用. 所有理论与实验研究结果完全一致. 关键词： 数字全息 图像周期性 零级斑抑制     

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     

一种基于数字全息技术的盲音频水印算法

提出了一种基于数字全息技术的盲音频水印算法.水印图像经随机相位调制形成物光波,该物光波的傅里叶变换与参考光波发生干涉,形成傅里叶变换全息图.再利用离散余弦变换的能量压缩能力,通过量化算法把降维的水印,即傅里叶变换全息图嵌入音频信号中,在水印提取过程中不需要原始音频信号的参与.仿真实验表明,该算法对低通滤波、噪音干扰特别是剪裁具有一定的稳健性.     

数字全息中的一些基本问题分析

利用全息理论、傅里叶频谱分析和采样定理，在模拟和数字全息光栅实验基础上，分析了数字全息记录和再现中的一些基本问题。结果表明：在物体和CCD尺寸确定的情况下，记录光路结构参量只取决于对图像采样的要求及CCD的像素尺寸，只要物体到CCD的距离满足采样要求，数字全息图再现光场的三个部分就可以分离；用准直平行光作为记录参考光和模拟再现光，可以得到与物体大小和形状完全一致的再现像；采样条件对再现像的影响大于分离条件，减小参物光的夹角记录适当过采样的数字全息图，有利于提高再现像的质量；另外，在获得高质量再现像方面，根据物体的具体特征，尽可能记录高质量的数字全息图，与满足采样条件和分离条件具有同样重要的意义。     

基于Hilbert变换实现数字全息高精度相位重建

为了提高数字全息相位重建精度,研究了基于Hilbert变换重建相位的理论和方法,并通过像面数字全息实验对该方法的有效性进行了验证,同时与数字全息常规重建方法得到的结果进行了比较.结果表明:Hilbert变换本身具有消除直流项的作用,对利用频域滤波滤除零级谱后的全息图进行Hilbert变换,能够彻底消除零级衍射项的干扰,从而提高相位重建精度.与常规重建结果相比,基于Hilbert变换的相位重建结果的标准偏差降低了14.0%.本文结果对提高数字全息相位重建精度具有重要的指导意义.     

A comparison of iterative Fourier transform algorithms for image quality estimation

A comparison was established between two iterative Fourier transform algorithms (IFTAs), such as the original Gerchberg–Saxton (GS) and the mixed-region amplitude freedom (MRAF) algorithms, for the hologram reconstruction of different target images through the full reference image quality estimation (IQE) and pixel homogeneity in the Fourier plane presented theoretically and experimentally. The comparison was applied depending upon both algorithms based on a computer-generated hologram (CGH) implemented utilizing a reflective phase-modulated liquid-crystal spatial light modulator (LC-SLM) to obtain the digital kinoform holograms of the desired intensity distributions. These digital holograms were applied to reconstruct the intensity patterns for 852 nm, which represents a laser beam source. The theoretical and experimental results of the reconstructed patterns obtained using the MRAF algorithm were found to be smoother and better than the patterns obtained using the GS algorithm. Unmodulated light beam (dc term) is removed from the reconstructed patterns attributed to digital kinoform holograms of MRAF algorithm as an alternative to the theoretical and experimental results without using any additional optic equipment at the light path. Moreover, this paper discussed the full reference objective quality estimations, such as mean square error (MSE), peak signal-to-noise ratio (PSNR), structural content (SC), normalized absolute error (NAE), normalized cross correlation (NK), and homogeneity of pixels, through the contrast (Cont) and inverse difference moment (IDM) for numerical and experimental results. According to the two desired intensity distributions processed theoretically and experimentally, the results of MRAF algorithm were found to be in the highly accurate recovered phase, the quality of image was enhanced, and the dc term was decreased. Image quality estimation of full reference objective relay on the feedback algorithms experimental attestation has not been implemented yet.     

通过保留相位进行全息图信息压缩的方法

从全息图的特点出发,研究了全息图的记录和再现原理,提出了一种对离轴菲涅耳全息图信息压缩的方法。对全息图进行傅里叶变换,滤除零级噪声及物光波的共轭波前,仅仅保留物光波的相位信息,而后以采用较低的采样频率对全息图重新抽样,从而大大减少了数字全息图的信息冗余。压缩后的全息图也可以获得良好像质的再现像。理论和实验均证明了该方法的可行性,为全息图的信息存贮与传输提供一条新的途径。     

Synthesis of multifrequency optical holograms of rotating objects

A two-channel system for synthesizing two-dimensional complex multifrequency optical holograms of rotating objects was developed. In the object irradiation (longitudinal) direction, a hologram is synthesized due to multifrequency laser radiation, and in the transverse direction, the synthesis is provided by object rotation. The object image is reconstructed in the plane coinciding with the plane of its rotation. The resolution of the synthesized hologram in the longitudinal direction is determined by the frequency bandwidth of the laser radiation, and in the transverse direction, the resolution is determined by the initial laser-radiation frequency and the angle of object rotation during the time of hologram synthesis. Using a digital simulation, the degree of isoplanarity of the multifrequency system for synthesizing holograms of rotating objects and its noise immunity under conditions of phase noises were analyzed.     

数字滤波法再现电子全息图

在分析电子全息图特性的基础上，提出频谱滤波法对电子全息图进行数字再现，以解决其再像之间相互重叠的问题，此方法首先将数字化的电子全息图进行傅里叶变换得到全息图的空间频谱，然后对此频谱进行滤波处理并作反傅里叶变换得到一幅新的全息图，最后再用一般的数字再现法对此新的全息图进行再现，用这种方法，可以很方便地得到不受干扰的再现实像。     

一种有效解决离轴数字全息相图倾斜畸变的数字参考平面方法

离轴数字全息中使用倾斜的平面参考波以消除成像中的零级衍射和共轭像是一种简捷和常用的方法,然而该方法遇到的一个困扰是,由于倾斜参考波引入了附加的载波频率并很难通过实验测量准确地获得附加的载波频率值或倾角,因此会导致重建的相图出现一定的倾斜畸变而无法完全修正.本文提出了一种数字参考平面算法以解决这一问题.该算法利用重建相图的平坦区域选点构建一个能准确表征相图倾斜的数字参考平面,并建立该平面参量与参考波载波频率的数学关系和作为随后相图畸变修正迭代计算的判据.该算法简单有效,不仅能实现对倾斜相位畸变的准确修正,而且能准确地获得倾斜平面参考波的附加载波频率.由于在相位解包裹重建中结合了抑噪处理,因此该方法在环境和系统噪声的影响下仍然有效,实验结果验证了理论设计的有效性.     

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.     

粒子场数字全息诊断中的再现算法研究

 粒子场的数字全息诊断中,良好的再现算法能够在较短的时间内给出高质量的再现像。利用标准粒子板模拟单层面的粒子场,使用大面阵CCD实现同轴数字全息记录,得到了大尺寸的数字全息图。针对4种数字全息再现算法,本文从再现图像的质量、再现全息图的大小和计算速度3个主要方面进行了比较研究,结果表明角谱算法(FFT-AS)具有再现图像背景均匀,再现结果中无物理图像压缩,可以再现大尺寸的全息图且具有较快计算速度的优点,适合于粒子场同轴数字全息图的再现计算。     

Image encryption based on the multiple-order discrete fractional cosine transform

A novel scheme for image encryption based-on the multiple-order discrete fractional cosine transform (MODFrCT) is proposed. The DFrCT has a similar relationship with the discrete fractional Fourier transform (DFrFT). Not only has the DFrCT many useful properties similar to the conventional discrete cosine transform, but it also has another property, namely its fraction, or its transform order. The image to be encrypted is transformed with the multiple-order DFrCT using a random row cipher key vector and a random column key vector successively, and the corresponding cipher key vectors of decryption are also very sensitive. The transmission of the encrypted image with the algorithm of the multiple-order DFrCT is faster due to its reality. The digital simulation results proved the validity and safety of this algorithm.     

基于离散Fourier变换的内源全息图重构计算方法

对基于离散Fourier变换的内源全息图重构计算方法作了深入系统的分析，讨论了如何计算整个球面全息图对原子重构像的贡献，克服了以往该方法只能计算半个球面全息图的不足，并运用采样定理知识，分析了全息图的采样率、重构像的空间范围和分辨率等问题. 关键词： 内源全息术 离散Fourier变换 采样定理 同步辐射     

基于复振幅场信息复用和RSA算法的非对称多幅图像认证方法

结合相位恢复和像素行、列循环移动置乱技术, 本文提出了一种基于复振幅场信息复用和RSA算法的非对称多幅图像认证方法, 通过菲涅耳域的相位恢复算法, 依次恢复并生成多幅图像各自所对应的输入平面的复振幅信息, 通过各自的行、列向量随机数对原始二值振幅模板进行行、列循环移动置乱操作来获得每幅图像的采样模板, 认证系统将多个复振幅场信息采样、叠加并空间复用, 同时, 行向量随机数和列向量随机数被RSA算法公钥编码成密文. 系统认证时, 认证方利用自己持有的私钥将密文解码成行向量随机数和列向量随机数, 通过行、列循环移动置乱变换后获得各自的采样模板, 合成的复振幅信息和采样模板等认证信息均放置在各自正确位置, 当认证系统被正确波长的平面波照射时, 在输出平面能获得输出图像, 通过计算、显示输出图像和对应认证图像的非线性相关系数峰值来判断认证是否成功.     

基于数字全息及离散余弦变换的图像数字水印技术

提出了一种以数字全息和离散余弦变换为基础的数字水印技术,实现了在原始图像中嵌入数字全息水印。考虑到数字全息图的不可撕毁性,使得数字全息水印本身就具有良好的抗剪切能力,并且与传统的二维灰度水印相比嵌入的信息更多。数字全息图通过傅里叶变换全息的方法获得,为了提高抗有损压缩能力,在数字全息水印嵌入过程中采用了基于(JPEG模型和分解离散余弦变换(DCT)系数的方法。实验表明,通过该算法获得的数字全息水印对JPEG有损压缩和剪切等图像处理操作均有很好的稳健性,并且采用密钥加强了水印的安全性。因此该算法能成为数字多媒体产品版权保护的有效方案。     

Speckle noise reduction by the composition of diffused Fraunhofer holograms

The image reconstructed from a composite hologram is compared with that obtained by multiple-exposure of images independently reconstructed from a single element and also with that from a synthetic-aperture hologram. The experimental results show the difference in the principle of speckle noise reduction with these three methods and prove that the composite hologram arranged only in a row is sufficient for reducing the speckle noise.     

应用二维窗口傅里叶变换实现全息图数值再现

应用二维高斯窗口傅里叶变换对全息图进行局部分析。首先定义二维窗口傅里叶变换,并从理论上证明通过二维高斯窗口傅里叶变换所获得的叠加频谱与傅里叶变换所获得的频谱是一致的。对菲涅尔全息图进行数值再现时,通过提取窗口区域内局部全息图的＋1级频谱信息,并随着窗口中心在整幅全息图上逐点移动,将窗口傅里叶变换局部分析所获得的＋1级频谱叠加求和,可有效地重构出与＋1级衍射像相对应的完整频谱信息,在一定程度上改善了0级以及±1级衍射像所对应的不同频谱之间的串扰,提高了再现像的质量。     

Study on the reduction of speckle noise in the reconstructed image of digital hologram

As one of the most important 3-D display technique, reduction of speckle noise in the reconstructed image of digital holography should be grounded on the digital hologram itself. Based on the whole process of the recording and reconstruction of digital holography, the optical distributions of recorded object and reconstructed image of digital holography have been studied. It has been proposed that the root formation cause of speckle noise in its reconstructed image is the speckle noise formed on the recorded object surface when illuminated by coherent light because of its optical roughness. A novel approach has been presented to reduce speckle noise in digital holography by changing the interference structure of hologram itself. First, by reducing the speckle noise in the reconstructed image, the distribution of ideal reconstruction light with reduced speckle noise is acquired. Then in turn, taking the ideal reconstruction light with reduced speckle noise as ideal object light, a new hologram can be rebuilt, which can reconstruct the ideal object light. The experimental results are given to confirm the proposed method. Therefore, it offers a brand-new thought and practical way to reduce the speckle noise in the reconstructed image of digital holography.