大視角無噪聲數字全息技術與理論.pdf

1、數字全息技術是利用光電成像元件如CCD代替?zhèn)鹘y(tǒng)的全息照相材料來記錄干涉條紋獲取數字全息圖,并利用計算機模擬全息圖的衍射成像過程,通過計算得到原始物光場的波前分布,以此實現全息記錄及全息再現的數字化。
　　 數字全息技術是一種非接觸、高精度、檢測實時化,能定量分析物光波的振幅和相位信息的測量技術。正是由于這些獨特的優(yōu)勢,數字全息技術目前已被廣泛的運用在對微粒場的觀測,MEMS／MOEMS動態(tài)分析,微觀光學,半導體,納米材料,生物學

2、,生物芯片,生物傳感器等諸多領域。
　　 針對目前影響數字全息測量精度的問題,本文首先對數字全息噪音的本質進行了詳細的理論分析,根據分析結論,提出了基于低通濾波成像的無噪聲漫射型低分辨率宏觀物體的數字全息記錄方法,并且利用該方法進行了相關的實驗,得到滿足分辨要求的再現結果。但是,通過低通濾波方法獲取無噪音數字全息圖是以損失再現像的分辨率和視角為代價的,本方法對于面形變化緩慢或分辨率不高的三維物體是有效的。對于高分辨和大視角測量,

3、為了在消除噪音的同時,再現像的分辨率或視角不受損失,我們接著提出基于頻譜拼接的大視角無噪聲數字全息技術方案,利用光學傅立葉變換成像系統(tǒng),通過濾波,依次記錄不同空間頻率的物光波信息頻譜的像面數字全息圖,再利用傅立葉變換相移性質,對各個全息圖進行數字傅立葉變換,并拼接合成所有頻譜,然后再次對拼合頻譜進行數字傅立葉變換,即可得到大視角無噪聲數字再現像,同時提高了再現像分辨率。利用本技術方案測試了大曲率的光滑物體面形(縫紉針面形、微透鏡陣列面形

4、),實驗取得了令人滿意的結果。
　　 本論文共分六部分,分別為:
　　 第一章緒論部分論述了數字全息技術的基本特點和國內外研究現狀,分析了數字全息所面臨的瓶頸問題,而后提出本文在無噪聲記錄數字全息圖以及提高數字全息測量視角方面的工作思路和方向。
　　 第二章簡要回顧了數字全息記錄和再現的基本原理,并通過理論分析和MATLAB模擬比較了三種衍射積分算法。
　　 第三章首先從理論上分析了數字全息再現像中噪聲的

5、形成原因。如果物體的散射光波形成的全息圖空間頻率大于記錄器件的最大空間頻率的兩倍,就會使得全息圖的高頻信息不能被有效記錄,但這些光強分布仍然存在,被記錄器件記錄后將形成噪聲,這將對于數字全息圖的精確再現將產生嚴重的影響。而后我們通過利用MATLAB模擬了這一過程。模擬結果驗證了理論的正確性。
　　 第四章我們提出通過合理設置光路結構來達到無噪聲記錄即基于低通濾波成像的無噪聲漫射型宏觀物體輪廓測量數字全息技術,并詳細闡述了該光路的