數字全息成像及其自動聚焦的理論與實驗研究.pdf

1、數字全息用光電傳感器件(如CCD)代替干板拍攝全息圖,然后將全息圖存入計算機,用計算機模擬光學衍射過程來實現被記錄物體的全息再現和處理.數字全息與傳統(tǒng)光學全息相比具有制作成本低,成像速度快,記錄和再現靈活等優(yōu)點.近年來,隨著計算機特別是高分辨率CCD的發(fā)展,數字全息技術及其應用研究備受國內外研究者的關注,其應用范圍涉及形貌測量、變形測量、粒子場測試、數字全息顯微等領域.本論文通過理論分析、模擬計算和實驗,對數字全息圖再現過程中有關物理參

2、數(如物距、參考光的方向、圖像傳感器的像素尺寸等有關記錄條件)的確定、再現算法的選擇和再現像面的精確定位等基本問題,進行了系統(tǒng)的研究,取得了如下創(chuàng)新性的研究成果:1、分析了離軸菲涅耳全息圖的數字再現過程中照明光的角度參數對再現像質量的影響;提出了通過分析全息圖的空間頻譜結構自動提取最佳照明光方向參數的方法,此外還利用數字全息記錄和再現過程中得到的物距參數準確標定了圖像傳感器的像素尺寸.2、比較了灰度方差法、灰度熵值法、傅利葉頻譜函數法和

3、離散小波變換法這四種數字成像過程中的自動聚焦算法,并將它們運用到數字全息圖的再現過程中來判定再現像面的準確位置.結果表明離散小波變換法在靈敏度和準確度上優(yōu)于其它三種方法.根據相位型物體離焦時像面強度分布的特點,提出用像面上強度的方差作為聚焦判據,成功地實現了再現像的自動聚焦.3、基于標量衍射理論和快速傅利葉變換,詳細分析了菲涅耳衍射積分的三種計算機模擬算法,并將這三種算法運用到菲涅耳全息圖的數字重現過程中.理論分析表明,在全息圖的像素數

4、、抽樣間隔以及再現波長一定的情況下,按抽樣對象的不同,菲涅耳衍射積分的計算機模擬算法可分為點擴展函數抽樣法、角譜抽樣法、直接傅利葉變換法.通過對相位函數局域空間頻率的分析,給出了判定算法適用范圍的特征再現距離,并分析得出,再現距離大于特征再現距離時,適合用點擴展函數抽樣法;小于特征再現距離時,適合采用角譜抽樣法;等于特征再現距離時三種方法都適用.4、基于離軸菲涅耳全息圖數字再現過程的理論分析,利用MATLAB環(huán)境下的圖形用戶界面GUI設