基于強(qiáng)度測(cè)量的確定性相位檢索.pdf

1、當(dāng)一束光波照射到一個(gè)物體上時(shí)，在忽略光與物體媒質(zhì)發(fā)生偏振作用的情況下，物體對(duì)波的三個(gè)特性產(chǎn)生影響：振幅(亮度)、波長(zhǎng)(顏色)和相位(一個(gè)波長(zhǎng)內(nèi)相位等同于深度)。相位是任何波場(chǎng)的一種內(nèi)在的特性，統(tǒng)計(jì)表明大于25％的信息被編碼在振幅項(xiàng)中而75％的信息在相位項(xiàng)中。但是，光場(chǎng)的振蕩接近1015Hz，目前沒(méi)有一個(gè)現(xiàn)有的光傳感裝置能直接并同時(shí)地記錄光場(chǎng)的振幅和相位。干涉采樣技術(shù)可以同時(shí)獲取光波的振幅和相位，但是要求光源的空間和時(shí)間相干，因此，此技術(shù)

2、難以走出實(shí)驗(yàn)室。換句話(huà)說(shuō)，CCD攝像機(jī)、膠卷等檢測(cè)器只能直接測(cè)量衍射光場(chǎng)的強(qiáng)度；為了得到深度信息，通常需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)雜的轉(zhuǎn)換和處理。
　　 目前，基于強(qiáng)度測(cè)量的相位檢索技術(shù)包括迭代相位檢索算法、散焦求深度、基于強(qiáng)度的確定性相位檢索以及基于二次約束的最優(yōu)化相位檢索等。其中，迭代相位檢索使用物面和像面的強(qiáng)度數(shù)據(jù)來(lái)恢復(fù)輸入和輸出平面上的光場(chǎng)相位分布，實(shí)時(shí)性差；散焦求深度利用圖像的模糊信息獲得三維景物的深度信息，該技術(shù)需要通過(guò)調(diào)整攝像

3、機(jī)參數(shù)以達(dá)到點(diǎn)與點(diǎn)的對(duì)應(yīng)；基于強(qiáng)度測(cè)量的確定性相位檢索方法通過(guò)光學(xué)與計(jì)算的結(jié)合通過(guò)解強(qiáng)度傳輸方程來(lái)恢復(fù)相位信息，理論和實(shí)驗(yàn)證明是獲取相位信息的一種可行的途徑。基于二次約束的最優(yōu)化相位檢索方法是新近由矩陣完備理論發(fā)展的一個(gè)新的思想，目前主要還處于理論研究階段。
　　 本論文圍繞散焦求深度和基于強(qiáng)度測(cè)量的確定性相位檢索兩種技術(shù)展開(kāi)研究，重點(diǎn)探討了利用強(qiáng)度傳輸方程從強(qiáng)度圖像中恢復(fù)相位信息的基于強(qiáng)度的確定性相位檢索技術(shù)。
　　

4、論文的主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)如下：
　　 (1)改進(jìn)了傳統(tǒng)的散焦恢復(fù)深度中的信息散度算法。原算法采用等焦面假設(shè)并忽略了在不同相機(jī)參數(shù)下圖像大小會(huì)發(fā)生變化的事實(shí)。改進(jìn)的算法利用單應(yīng)矩陣對(duì)獲取的圖像進(jìn)行矯正以獲得相同尺寸的散焦圖像對(duì)。同時(shí)，利用空間變化窗口克服等焦面假設(shè)的局限性，避免平滑非連續(xù)域的深度值并提高估計(jì)的精度。
　　 (2)在總結(jié)文獻(xiàn)中求解強(qiáng)度傳輸方程的各種算法，例如Green函數(shù)法、Zernike多項(xiàng)式法法、多重網(wǎng)格法

5、和傅里葉變換法的基礎(chǔ)上，論文將整體變分技術(shù)引入強(qiáng)度傳輸方程的求解中，并與傅里葉變換法進(jìn)行比較。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該算法恢復(fù)相位的同時(shí)可保持圖像良好的邊緣信息。
　　 (3)給出了Neumann和Dirichlet邊界條件下新的Green函數(shù)法推導(dǎo)方法。該方法中，Green函數(shù)本身是四維矩陣，隨著圖像分辨率的提高，直接求解所占的內(nèi)存空間比較大。論文提出了新的Green函數(shù)數(shù)值解方法，可以降低計(jì)算量，提高運(yùn)算速度。
　　 (4)在

6、自然光條件下成像通常需要應(yīng)用透鏡聚光，其傳遞函數(shù)比在光學(xué)顯微鏡、電子顯微鏡等微觀領(lǐng)域廣泛使用的物理環(huán)境下的傳遞函數(shù)更復(fù)雜。論文詳細(xì)地闡述了在透鏡聚焦區(qū)域附近的菲涅爾傳播物理和相位重構(gòu)的模型，提出了一種在此模型下的相位檢索方法。
　　 (5)論文設(shè)計(jì)了一臺(tái)單CCD圖像數(shù)據(jù)采集光學(xué)系統(tǒng)，該系統(tǒng)配有焦距移動(dòng)的機(jī)械裝置，以便給出聚焦平面和散焦平面的圖像精確度量。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于攜帶，并申請(qǐng)了專(zhuān)利。同時(shí)，論文還搭建了3-CCD圖像數(shù)據(jù)