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     

大数值孔径光学镜约束多级衍射机理

针对基于激光照明的离轴全息显微成像系统存在散斑和寄生条纹噪声,以及基于部分相干光照明的离轴数字全息显微技术存在相干条纹对比度差的问题,本文提出了一种基于单色LED照明的衍射相位显微成像系统。该系统利用大数值孔径物镜及光栅对物光进行多级衍射,并采用4f系统和空间滤波器分离出0级和+1级信息,分别作为参考光和物光,最终两束光在CCD阵面上干涉产生离轴全息图,从而形成共光路全息成像结构。通过理论分析和计算,对实验用到的光学元器件进行选型,确保衍射光频谱信息能够分开且满足抽样条件。最后与传统激光离轴数字全息显微成像检测结果进行对比,实验结果表明,本文提出的系统能够获得较高的成像准确度和信噪比。     

显微数字全息中物光波前重建方法研究和比较

根据全息理论和线性系统理论,采用离轴无透镜傅里叶变换全息记录光路,对利用菲涅耳近似法、基于瑞利—索末菲衍射积分的卷积法以及角谱理论方法数值重建全息图进行了比较研究,并做了计算机模拟验证.结果表明：菲涅耳近似法和角谱方法重建像质比较好,且菲涅耳方法重建速度快;在记录距离极小的情况下,尽管记录距离不满足通常的菲涅耳近似条件,菲涅耳近似公式仍然成立;自由空间脉冲响应的快速傅里叶变换的性质与距离有关,由卷积方法得到的再现像只在某一特定距离下比较理想;对于极小物场、大孔径显微数字全息来说,菲涅耳近似重建方法是较为有效的方法.     

菲涅耳非相干相关数字全息研究进展

非相干数字全息术是当前国际前沿重要研究领域之一。传统全息术由于采用相干光源照明会在全息图记录过程中引入大量散斑噪声和寄生干涉,且对设备和记录条件要求很高,极大地限制了其应用范围。采用非相干光源照明的非相干全息术则可完全避免这些问题。菲涅耳非相干相关全息术是非相干全息术中最重要的类型之一。本文简要说明了菲涅耳非相干全息术的原理与特点,重点分析了该技术在抑制直流项和共轭像干扰、提高成像分辨率、改善再现像质量及相关应用等方面的研究进展。     

基于快速傅里叶变换的四种相位解包裹算法

为了快速准确地对含有噪声的包裹相位图进行相位展开,采用理论分析与计算机模拟及实验验证相结合的方法,对基于快速傅里叶变换（FFT）的四种典型算法四次FFT算法(4-FFT)、二次FFT算法（2-FFT）、四次离散余弦变换算法(4-DCT)及横向剪切干涉与FFT相结合的算法(LS-FFT)作了对比研究。结果表明:2-FFT算法运行速度最快,4-FFT算法次之,LS-FFT算法速度最慢;4-FFT算法对含有较强噪声和轻微欠采样的实验数据的处理效果是最好的;LS-FFT算法对强噪声数据的处理效果最差。     

Perfect digital holographic imaging with high resolution using a submillimeter-dimension CCD sensor

In order to improve the resolution of digital holography with a common-dimension charge-coupled device (CCD) sensor, the point spread functions are briefly derived for the commonly used and practical post-magnification, pre-magnification, and image-plane digital holographic microscopic systems. The ultimate resolutions of these systems are analyzed and compared. The results show that the ultimate lateral resolution of pre-magnification digital holography is superior to that of post-magnification digital holography in the same conditions. We also demonstrate that the ultimate lateral resolution of image-plane digital holography has no correlation with the photosensitive dimension of the CCD sensor, and it is not significantly related to the pixel size of the sensor. Moreover, both the ultimate resolution and the imaging quality of image-plane digital holography are superior to that of pre- and post-magnification digital holographic microscopy. High-resolution imaging, whose resolution is close to the ultimate resolution of the microscope objective, can be achieved by image-plane digital holography even with a submillimeter-dimension sensor. This system, by which perfect imaging can be achieved, is optimal for commonly used digital holographic microscopy. Experimental results demonstrate the correctness of the theoretical analysis.     

基于明度分量的Retinex-Net图像增强改进方法

当人们在低照度光照条件下拍摄图像时,图像通常会受到低可见度的影响.这种低可见度的图像不仅影响视觉效果而且对后续的使用造成诸多困难.为了解决低照度条件下图像可见度差,色彩偏差等问题,本文提出了一种改进的Retinex网络增强方法.该方法首先对低照度RGB图像进行HSV色彩空间变换,利用Retinex分解网络单独对明度分量进行分解增强,并通过上采样操作增大明度分量的分辨率.然后对色相分量和饱和度分量,运用最近邻点插值增大其分辨率,结合增强的明度分量转换回RGB色彩空间,得到初始增强图像.最后采用小波变换图像融合技术,与原始低照度图像进行融合,消除初始增强图像中的过度增强部分.实验结果分析表明,本文所提方法与原始Retinex网络方法相比,NIQE值平均下降了19.49%,图像标准差平均提升了41.35%.本文所提算法有望在安防监控、生物医学等领域得到有效应用.     

磁各向异性介质中的平面电磁波

讨论了磁各向异性理想介质中平面电磁波的一般特性,继而推证了这种介质中平面波的对偶关系,导出了磁晶体中的“菲涅耳方程”,并利用此方程分析了这种理想介质中的平面波的结构、传播及其偏振特性．     

预放大数字全息系统的成像分辨率分析

基于菲涅耳衍射理论,详细推导了预放大数字全息系统的点扩散函数表达式,并由此分析了该成像系统的分辨率.通过分别对整个系统、显微物镜以及CCD的点扩散函数幅值的计算机模拟,讨论了显微物镜与CCD分辨率之间的匹配问题.指明了现有文献中一些含糊说法.结果表明:恰当选择记录参量,使MO的成像分辨率接近于其极限分辨率,同时还要使CCD在满足抽样条件与再现像分离条件的情况下,再现像分辨率等于或略高于MO的分辨率.     

基于视觉密码与QR码的光学脆弱水印

提出了一种基于视觉密码与QR码的图像认证和篡改检测的光学脆弱水印方法.一方面,将原始水印图像变换为QR码水印图像,以提高水印隐藏容量.另一方面,将视觉密码与光学相位编码相融合来加密水印图像,以增强系统安全性.通过一系列的攻击与篡改测试了所提水印方法的可行性、脆弱性和不可感知性.模拟结果表明,所提水印方法不仅具有较好的不可感知性,而且在任意攻击下都能灵敏地检测出图像发生了篡改,具有很强的脆弱性.