基于強度測量的確定性相位檢索.pdf

1、當一束光波照射到一個物體上時，在忽略光與物體媒質(zhì)發(fā)生偏振作用的情況下，物體對波的三個特性產(chǎn)生影響：振幅(亮度)、波長(顏色)和相位(一個波長內(nèi)相位等同于深度)。相位是任何波場的一種內(nèi)在的特性，統(tǒng)計表明大于25％的信息被編碼在振幅項中而75％的信息在相位項中。但是，光場的振蕩接近1015Hz，目前沒有一個現(xiàn)有的光傳感裝置能直接并同時地記錄光場的振幅和相位。干涉采樣技術可以同時獲取光波的振幅和相位，但是要求光源的空間和時間相干，因此，此技術

2、難以走出實驗室。換句話說，CCD攝像機、膠卷等檢測器只能直接測量衍射光場的強度；為了得到深度信息，通常需要對數(shù)據(jù)進行復雜的轉(zhuǎn)換和處理。
　　 目前，基于強度測量的相位檢索技術包括迭代相位檢索算法、散焦求深度、基于強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度數(shù)據(jù)來恢復輸入和輸出平面上的光場相位分布，實時性差；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，該技術需要通過調(diào)整攝像

3、機參數(shù)以達到點與點的對應；基于強度測量的確定性相位檢索方法通過光學與計算的結(jié)合通過解強度傳輸方程來恢復相位信息，理論和實驗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度測量的確定性相位檢索兩種技術展開研究，重點探討了利用強度傳輸方程從強度圖像中恢復相位信息的基于強度的確定性相位檢索技術。
　　

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

5、和傅里葉變換法的基礎上，論文將整體變分技術引入強度傳輸方程的求解中，并與傅里葉變換法進行比較。實驗結(jié)果表明該算法恢復相位的同時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，可以降低計算量，提高運算速度。
　　 (4)在

6、自然光條件下成像通常需要應用透鏡聚光，其傳遞函數(shù)比在光學顯微鏡、電子顯微鏡等微觀領域廣泛使用的物理環(huán)境下的傳遞函數(shù)更復雜。論文詳細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)論文設計了一臺單CCD圖像數(shù)據(jù)采集光學系統(tǒng)，該系統(tǒng)配有焦距移動的機械裝置，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)簡單，易于攜帶，并申請了專利。同時，論文還搭建了3-CCD圖像數(shù)據(jù)