数字全息再现像分辨率的研究

论文摘要

数字全息是光学全息、光电成像器件和计算机技术相结合的产物。数字全息术利用光电成像器件CCD代替普通光学全息中的全息干板记录全息图,利用计算机编程模拟光学衍射过程对CCD记录的数字全息图进行再现,实现了全息图记录、存储和再现全过程的数字化,没有光学全息中复杂的化学湿处理和光学再现过程,不但节省了再现时间,有利于图像的数字化存储和实时处理,而且可以利用图像处理技术对全息图的再现像进行处理,以得到高清晰度和高分辨率的再现像,另外,也容易实现再现像的定量分析和测量,有利于全息术广泛应用到各个领域。本文以光学全息的基本原理为基础,详细介绍了数字全息的记录和再现原理,建立了数字全息记录和再现的数学模型,得出数字全息再现像的具体位置,在此基础上分析了离轴数字全息图的记录过程中需要满足的一些条件,包括参考光与物光的夹角范围和记录距离范围,并介绍了数字全息中常用的两种再现算法。本文主要研究了数字全息再现光场去除直透光和共轭像的处理技术以及再现像分辨率的提高两个方面:(1)详细介绍了频域滤波、拉普拉斯算子预处理、全息图减平均值及数字相减四种数字图像处理技术,并通过具体实验证明它们在消除直透光方面的作用,比较几种方法的优缺点。(2)对于合成孔径数字全息技术进行了详细的理论分析,分别通过移动CCD和移动物体两种方法记录了子全息图,利用边界重叠图像拼接技术实现了子全息图的自动拼接,并对拼接后的图像进行数字再现,有效提高了数字全息再现像的分辨率。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 全息术的历史和发展
• 1.2 数字全息的历史和发展
• 1.3 数字全息技术的应用及存在的问题
• 1.4 数字全息的相关技术
• 1.4.1 电荷耦合器件CCD
• 1.4.2 二维傅立叶变换的基本理论
• 1.4.3 数字图像处理技术
• 1.5 本论文的主要研究工作内容
• 2 数字全息记录和再现的基本理论
• 2.1 引言
• 2.2 光学全息基本原理
• 2.2.1 光学波前的数学描述
• 2.2.2 光波的干涉
• 2.2.3 菲涅尔衍射
• 2.2.4 光学全息的记录和再现
• 2.2.5 全息图的分类
• 2.3 数字全息基本原理
• 2.4 数字全息再现像的位置
• 2.5 数字全息记录条件分析
• 2.6 数字全息的再现算法
• 2.6.1 卷积法
• 2.6.2 菲涅尔算法
• 3 无直透光和共扼像的数字全息
• 3.1 前言
• 3.2 频域滤波法
• 3.2.1 频域滤波法基本理论
• 3.2.2 实验结果及分析
• 3.3 空域微分算子处理法
• 3.3.1 算法原理
• 3.3.2 实验结果及分析
• 3.4 数字相减法
• 3.4.1 算法理论
• 3.4.2 实验结果及分析
• 3.5 全息图减平均值法
• 3.5.1 算法理论
• 3.5.2 实验结果及分析
• 3.6 小结
• 4 合成孔径数字全息基本原理
• 4.1 前言
• 4.2 孔径合成基本原理
• 4.3 移动CCD的合成孔径数字全息
• 4.4 移动物体的合成孔径数字全息
• 4.5 子全息图拼接原理
• 4.5.1 子全息图拼接流程
• 4.5.2 图像配准
• 5 合成孔径数字全息实验与分析
• 5.1 子全息图拼接方法验证
• 5.2 移动CCD的合成孔径数字全息
• 5.3 移动物体的合成孔径数字全息
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢