數(shù)字全息成像及其自動聚焦的理論與實驗研究.pdf

1、數(shù)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(xiàn)被記錄物體的全息再現(xiàn)和處理.數(shù)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(xiàn)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(shù)字全息技術(shù)及其應(yīng)用研究備受國內(nèi)外研究者的關(guān)注,其應(yīng)用范圍涉及形貌測量、變形測量、粒子場測試、數(shù)字全息顯微等領(lǐng)域.本論文通過理論分析、模擬計算和實驗,對數(shù)字全息圖再現(xiàn)過程中有關(guān)物理參

2、數(shù)(如物距、參考光的方向、圖像傳感器的像素尺寸等有關(guān)記錄條件)的確定、再現(xiàn)算法的選擇和再現(xiàn)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(shù)字再現(xiàn)過程中照明光的角度參數(shù)對再現(xiàn)像質(zhì)量的影響;提出了通過分析全息圖的空間頻譜結(jié)構(gòu)自動提取最佳照明光方向參數(shù)的方法,此外還利用數(shù)字全息記錄和再現(xiàn)過程中得到的物距參數(shù)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(shù)法和

3、離散小波變換法這四種數(shù)字成像過程中的自動聚焦算法,并將它們運用到數(shù)字全息圖的再現(xiàn)過程中來判定再現(xiàn)像面的準確位置.結(jié)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(jù)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(jù),成功地實現(xiàn)了再現(xiàn)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(shù)字重現(xiàn)過程中.理論分析表明,在全息圖的像素數(shù)

4、、抽樣間隔以及再現(xiàn)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(shù)抽樣法、角譜抽樣法、直接傅利葉變換法.通過對相位函數(shù)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(xiàn)距離,并分析得出,再現(xiàn)距離大于特征再現(xiàn)距離時,適合用點擴展函數(shù)抽樣法;小于特征再現(xiàn)距離時,適合采用角譜抽樣法;等于特征再現(xiàn)距離時三種方法都適用.4、基于離軸菲涅耳全息圖數(shù)字再現(xiàn)過程的理論分析,利用MATLAB環(huán)境下的圖形用戶界面GUI設(shè)