全息照相实像的优化拍摄与再现

从全息照相的基本理论出发,分析了全息照相实像的产生条件,提出了用正入射平行光拍摄和再现全息照相实像的方案.实验表明,用正入射平行光拍摄和再现全息实像能得到满意的效果.在不同的散射介质中进行了全息实像的再现实验,确定了一种符合要求的再现介质.     

基于数学形态学的数字全息再现像融合方法

针对数字全息中不同再现距离获得的携带不同聚焦信息的再现像, 提出了一种基于数学形态学的多聚焦再现像融合方法, 以有效扩展成像景深。首先通过小波-Controulet变换获得源图像的高频和低频分量;然后, 针对数字全息中含散斑噪声的特点, 对高频分量采用基于数学形态学区域能量的方法进行融合, 对低频分量采用加权对比度法进行融合;最后, 将融合系数反变换得到融合图像。通过对算法的有效性分析和实验验证, 将本文提出的方法与不加入数学形态学的融合方法进行了对比研究。结果表明, 基于数学形态学的融合方法能充分抑制散斑噪声的影响, 保留更多细节信息, 有效扩展了成像景深范围达11.5 cm。其中, 对于表面粗糙且信息量较少的骰子, 基于数学形态学方法的空间梯度算子提高了11.8%, 熵值提高了2.7%;对于表面光滑且信息量较多的硬币, 其空间梯度算子提高了13.6%, 熵值提高了2.8%。     

数字全息重建图像的焦深研究

将来自物体的散射光视为物体表面相位随机取值的大量点源发出光波的叠加, 对数字全息重建像及离焦像的衍射场进行研究. 基于重建像以像素为单位显示的特点, 对焦深作出新的定义, 然后, 根据重建像的像素物理尺寸与计算方法相关的特点, 推导出不同重建算法重建图像的焦深表达式, 最后给出相关的实验证明.     

像面数字全息的重建相位误差分析和改善

像面数字全息是数字全息技术中常用的测量和成像方式,它通常采用离散傅里叶变换和频率滤波的方法进行物光波的重建.本文讨论了这些算法对重建相位的影响.首先分析了频谱泄露对于相位误差的影响,结果表明当采样周期为整数时,重建相位误差很小,因此具有极高的相位重建精度;而当不满足整周期采样时,相位重建误差有了明显的增加.为了改善频谱泄露所引起的相位误差,采用Hanning函数对数字全息图进行了预处理,结果表明Hanning窗的加入能够有效地提高重建相位的准确程度.     

Phase reconstruction in lensless digital in-line holographic microscopy

The phase reconstruction in a digital in-line holographic microscopy is compared using two numerical reconstruction methods. The first method uses one Fourier transform and second one uses three Fourier transforms. It is shown that the latter method gives improved object phase reconstruction as compared to the former.     

微细铣刀位姿同轴全息重建方法

微细铣刀在主轴上存在装夹偏角时,会加剧刀刃磨损,降低刀具使用寿命.为了精确观测微细铣刀在机倾斜状态,提出了基于景深的微细铣刀三维位姿重建方法.利用激光同轴数字全息实验装置得到微细铣刀全息图,并通过菲涅尔再现算法获得再现像.在再现像中提取刀具边缘点作为关键点,采用小波变换局部方差算子求出关键点的聚焦程度,确定铣刀对应的轴...     

基于自适应准则的闪光照相图像重建

 针对闪光照相图像低信噪比的特点,提出了一种自适应的图像重建算法。该算法以代数法(ART)迭代重建为基础,在迭代重建过程中引入了两个权重矩阵,其中一个矩阵用来控制重建过程中的高频分量以保持重建结果的边界;另一个矩阵控制重建结果的平坦区域以提高重建结果的信噪比。通过在迭代过程中更新这两个矩阵来实现图像的自适应重建。数值模拟结果表明,相对于传统的单准则ART重建算法,该方法具有更好的抗噪能力和边界保持能力。     

A modified discrete algebraic reconstruction technique for multiple grey image reconstruction for limited angle range tomography

The `missing wedge', which is due to a restricted rotation range, is a major challenge for quantitative analysis of an object using tomography. With prior knowledge of the grey levels, the discrete algebraic reconstruction technique (DART) is able to reconstruct objects accurately with projections in a limited angle range. However, the quality of the reconstructions declines as the number of grey levels increases. In this paper, a modified DART (MDART) was proposed, in which each independent region of homogeneous material was chosen as a research object, instead of the grey values. The grey values of each discrete region were estimated according to the solution of the linear projection equations. The iterative process of boundary pixels updating and correcting the grey values of each region was executed alternately. Simulation experiments of binary phantoms as well as multiple grey phantoms show that MDART is capable of achieving high‐quality reconstructions with projections in a limited angle range. The interesting advancement of MDART is that neither prior knowledge of the grey values nor the number of grey levels is necessary.     

基于自适应准则的闪光照相图像重建

针对闪光照相图像低信噪比的特点,提出了一种自适应的图像重建算法。该算法以代数法(ART)迭代重建为基础,在迭代重建过程中引入了两个权重矩阵,其中一个矩阵用来控制重建过程中的高频分量以保持重建结果的边界;另一个矩阵控制重建结果的平坦区域以提高重建结果的信噪比。通过在迭代过程中更新这两个矩阵来实现图像的自适应重建。数值模拟结果表明,相对于传统的单准则ART重建算法,该方法具有更好的抗噪能力和边界保持能力。     

基于稀疏优化的计算机断层成像图像不完全角度重建综述

计算机断层成像(computed tomography,CT)技术在医学和工业无损检测中都具有非常广泛的应用,CT重建算法是其中的核心,而不完全角度重建问题则是实际应用中重建算法研究领域的一个热点和难点问题.近年来,随着稀疏优化理论与算法的飞速发展,基于稀疏优化的重建算法已经在不完全角度重建问题中得到了较广泛的应用,且表现出了良好的精度与速度性能.本文首先对稀疏优化的基本理论结论与常用算法进行了介绍;而后对稀疏优化理论在CT图像不完全角度重建中的应用进行归纳,分类介绍了其主要研究成果及稀疏优化所发挥的作用;最后对基于稀疏优化的不完全角度重建研究进行了展望.     

小波分析在层析图像重构中的应用研究

小波分析作为一种非平稳信号分析方法,具有良好的时（ 空）、频局部化特性和多分辨率特性。介绍了小波分析的基本原理和应用,引入小波分析进行图像重构,利用小波分解后得到的多分辨率的稀疏矩阵表示,设计了一迭代重构算法。通过计算机仿真试验,验证了小波分析在计算层析（ＣＴ） 成像光谱技术中能够应用于图像重构,并证实了小波分析的迭代重构算法是稳定、多分辨率和快速收敛的。     

高动态图像获取技术

高动态图像获取技术可以提高复杂光照条件下的成像质量。简要介绍了高动态图像获取的基本原理。对近年来发展起来的各种高动态成像方法和重建技术进行了总结,尤其是采用普通图像传感器通过扩展重建获取高动态图像的方法。     

Sectional image reconstruction and three-dimensional microscopy of small particles by angular spectrum method

In this letter, we demonstrate sectional image reconstruction and three-dimensional microscopy of small particles. We demonstrate sectional image reconstruction and holographic methods to obtain 2D and 3D images of small particles. A single hologram is sufficient to obtain a section containing only the focused parts of the reconstructed image. One can obtain images of different plane sections of a specimen in addition to its 3D display. The reconstruction of a digital hologram is based on the plane-wave expansion of the diffracted wave fields using Fourier optics (this method is also known as the angular spectrum method). With this method, the object-to-hologram distance can be quite small because the minimum-distance requirement does not apply. Furthermore, numerical reconstruction of transparent objects by this method may be interesting for micro-structure measurement.     

Quality of images decrypted from in-line holographic encryption of images

We investigate quality of images decrypted from in-line holograms recorded with a random phase mask placed behind an input image. High- and low-contrast fingerprint images are used as test scenes. The simulation results show that due to multiple convolution processes and a limitation of the CCD sensor resolution, quality of decrypted images is sensitive to spatial separations between the input image, the phase mask and the hologram. We propose a new method for improving quality of decrypted images by using background noise removal. It is found that in comparison with high-contrast input, the low-contrast image is more robust to distortion caused by the encryption–decryption process.     

基于声强测量的圆柱内部全息柱面复声压相位重构

本文把基于声强测量的全息相位重构原理应用到圆柱内部声场中,阐述了圆柱面相位重构原理,推导了相应的有限空间离散算法并计算了圆柱声腔内主要声模态。结果表明,重构相位和理论值有较好的吻合。最后,分析了重构频率、全息孔径及全息柱面与壳体的间距等重构参数对相位重构精度的影响。     

相位差波前探测与图像重建

相位差技术可以直接利用两幅或多幅图像的强度信息,重构出波前相位信息和目标清晰图像,具有光路简单、成本较低、适用于扩展目标等优点,在望远镜的系统像差检测和目标图像重建方面得到了大量应用。相位差波前探测的关键在于求解非线性代价函数的最优化问题,需要避免陷入局部极值并降低计算时间,才能满足动态变化波前实时探测的需求。同时在重建目标清晰图像时,通常需要做正则化和去噪处理,来提高重建图像的质量。本文主要介绍相位差技术的基本原理,以及近年来的研究进展,并对该技术未来的发展进行了展望。     

The use of a fibre-optic reference beam in a focused image holographic interferometer

Holographic interferograms recorded in the image plane of an optical system may be referenced by a beam transmitted through an incoherent fibre-optic bundle. In such a system the object to reference beam intensity ratio is non-critical, and path-length matching is easily achieved with commercial push fit connectors. Such an interferometer gives the user greater flexibility and can be used in a wide range of environments.     

总变差约束的数据分离最小图像重建模型及其Chambolle-Pock求解算法

基于优化的迭代法,可以结合压缩感知和低秩矩阵等稀疏优化技术高精度地重建图像.其中,总变差最小（total variation minimization,TV）模型是一种简单有效的优化模型.传统的约束TV模型,使用数据保真项为约束项,TV正则项为目标函数.本文研究TV约束的、数据分离最小（TV constrained,data divergence minimization,TVcDM）新型TV模型及其求解算法.详细推导了TVcDM模型的Chambolle-Pock（CP）算法,验证了模型及算法的正确性;分析了算法的收敛行为;评估了模型的稀疏重建能力;分析了模型参数的选择对重建的影响及算法参数对收敛速率的影响.研究表明,TVcDM模型有高精度稀疏重建能力;TVcDM-CP算法确保收敛,但迭代过程中有振荡现象;TV限对重建有重要影响,参数值过大会引入噪声而过小会模糊图像细节;算法参数的不同选取会导致不同的收敛速率.     

Line-of-sight treatment of distortions in computer synthesized holographic stereograms

An analysis of distortions in holographic stereograms is presented. Particular attention is paid to the effects of viewing position and the slit width on the shape of reconstructed images. The cause and effects of anamorphic distortion and image quantization are dealt with separately and guidlines for minimizing the latter are given.     

基于支撑先验与深度图像先验的无预训练磁共振图像重建方法

基于深度学习的磁共振成像(magnetic resonance imaging, MRI)方法需要大规模、高质量的病患数据样本集进行预训练.然而,由于病患隐私及设备等因素限制,获取大规模、高质量的磁共振数据集在实际临床应用中面临挑战.本文提出一种新的基于深度学习的欠采样磁共振图像重建方法,该方法无需预训练、不依赖训练数据集,而是充分利用待重建的目标MR图像的结构先验和支撑先验,并将其引入深度图像先验(deep image prior, DIP)框架,从而削减对训练数据集的依赖,提升学习效率.基于参考图像与目标图像的相似性,采用高分辨率参考图像作为深度网络输入,将结构先验信息引入网络;将参考图像在小波域中幅值大的系数索引集作为目标图像的已知支撑集,构造正则化约束项,将网络训练转化为网络参数的最优化求解过程.实验结果表明,本文方法可由欠采样k空间数据重建得到更精确的磁共振图像,且在保留组织特征、细节纹理方面具有明显优势.