Vibration parameter measurement using the temporal digital hologram sequence and windowed Fourier transform

Real time digital recording and numerical reconstruction of a temporal digital hologram sequence have become feasible in recent years.They provide a new measurement method which enjoys the valuable advantages of being full-field,noncontact and high precision.In this paper,a combined method of temporal digital hologram sequence and windowed Fourier transform is proposed to measure the kinematic parameters of random vibration.A series of holograms are recorded by CCD camera and the original phase can be reconstructed by Fresnel reconstruction algorithm.The three-dimensional windowed Fourier transform is used to filter noise in phase and extract the instantaneous kinematic parameters of the specimen,such as the displacement,velocity and acceleration.An experiment is conducted on a chloroprene rubber latex membrane.Results demonstrate that the proposed method determines the vibration parameters precisely and enjoys many merits.

基于Matlab的计算全息图的制作与数字再现的研究

应用Matlab语言,结合博奇型计算全息的编码方法,利用计算机分别绘制了菲涅耳全息图和傅里叶变换全息图,实现了计算全息图的快速制作,讨论了制作计算全息图的原理、方法和步骤。利用CGH技术和数字全息技术所生成的全息图再现出原始图像,完成了全息图的数字重现,实现了整个全息记录和再现过程的计算机模拟。与传统的编程语言和绘图方法相比较,该算法在实现上更加简单和快捷,并且带有一系列提高计算全息图质量的措施,有效地消除了零级像和孪生像的影响,获得了清晰的数字再现图像。

幻方变换加密数字全息图

幻方变换加密数字图像,在某些迭代次数时会泄露原图像的信息.因此,一种改进的方法是将其与其它加密技术结合在一起,如用幻方变换加密数字全息图像.该方法先用信息光学原理将原图生成傅立叶数字全息图,再经幻方变换得到加密图像.在MATLAB上的实验结果表明,幻方变换全息图方法,生成一些类似数字全息图的图像,生成的图像彻底隐去原图的信息.相比单纯使用幻方变换的加密方法,新方法有双重因素控制,有更高的安全性.

基于自聚焦透镜的光纤数字全息系统实验研究

在光纤数字全息光路中引入自聚焦透镜,利用其特有的成像特性,作为物光波的中继传输器件,构成一套紧凑型光纤数字无透镜傅里叶变换全息记录系统,以实现对微小物体的全息记录与数值再现.研究结果表明,结合自聚焦透镜和光纤数字全息术的特点,不仅可使光学测试系统紧凑、微型化,而且还可以对一些特殊环境、光线难以直接到达的隐藏区域或封闭系统内部进行测量.

基于迭代傅里叶变换的3维全息图计算新方法

为了进行3维物体全息图的快速运算,在迭代傅里叶变换算法基础上,通过分析透镜的傅里叶变换性质,采用编码球面相位因子的方法,将全息图平行光再现等效为点光源再现。将球面相位因子加入到迭代运算中,获得了具有深度特征的3维物体全息图;同时利用球面相位因子查表运算法简化了相位因子的计算,提高了算法的迭代速度,并基于空间光调制器进行了3维物体的再现实验。结果表明,该算法具有良好的收敛特性,计算的全息图能够在不同距离的像面实现对应层面的物场再现,具有3维的视觉效果。

傅里叶变换全息的计算机模拟

傅里叶变换全息图不是记录物光本身,而是记录物光的傅里叶频谱.利用透镜的傅里叶变换性质,将物体置于透镜的前焦面,在照明光源的共轭像面位置就得到物光的傅里叶频谱,再引入参考光与之干涉,在干涉图样中就记录了物光的傅里叶变换光场的振幅和相位的全部信息.利用MATALB语言的强大的快速傅里叶变换和灵活多变的图像处理能力,完整地模拟了傅里叶变换全息的全过程.与实际实验相比较,直观、经济;模拟实验参数可调,现象明显.可以加深对傅里叶变换全息理论的理解.

基于共形对应的球面图像的计算全息图

研究了基于共形对应的球面图像的计算全息图(CGH)的生成和重现。通常,当用平面波照射全息图时,所重现的图像一般显示在平面上。共形对应在计算机图形学中被广泛应用,它可以将平面图像和任意曲面对应。相对于简单的坐标变换,共形对应关系具有很多优点,如它可以保持变换前后图像之间的几何形状不变性等。将共形对应引入计算机全息图的生成过程中,利用平面与球面的共形对应关系,生成显示于球面的二维图像的计算全息图,并由所生成全息图得到原始图像,从而实现整个全息记录和重现过程的计算机模拟。二维图像重现于球面实际上了产生三维显示,因此上述方法在从计算全息图重现三维图像方面起到重要的作用。

计算全息图的球面重现

该文研究重现于球面的计算全息图(CGH)的生成和重现。当用平面波照射傅里叶全息图时,所重现的图像一般显示在平面上。该文利用坐标变换方法实现显示于球面的二维图像的计算全息图的生成,并由所生成全息图得到原始图像,从而实现整个全息记录和重现过程的计算机模拟。二维图像重现于球面实际上产生了三维显示,因此该文所提到的方法在从计算全息图重现三维图像方面起到了重要的作用。

基于CCD、EALCD的数字全息再现研究

提出一种新的数字全息再现方法,将电耦合器件CCD与电寻址液晶EALCD相结合用于数字全息的再现。不仅避免了传统的全息记录材料显影、定影等过程,也避免了材料非线性记录等缺点,并可以实现普通的数字全息较难实现的基于位相移法的三维测试。为了验证该方法的实用性,对CCD记录的傅立叶变换全息图和计算机生成的傅立叶变换全息图的再现进行了实验研究,实验结果表明,CCD与EALCD相结合,不但可以实现数字全息图的光学再现,而且可以实现全息图的实时再现,可应用于数字全息干涉测试。

基于全息图水印算法的研究

提出了一种频域中基于菲涅尔和傅立叶变换全息图的水印嵌入与提取算法,并从具有不同压缩比的JPEG图像中恢复水印图像,比较了两种变换下水印图像的稳定性。结果表明,该方法获得的水印图像具有较好的不可见性和稳定性,但相比较而言,基于菲涅尔全息图的水印图像稳定性效果更加理想。

干涉型分数傅里叶变换计算全息及其数字再现

根据Lohmann I型分数傅里叶变换(FRFT)光学单元,在FRFT数值算法的基础上获得了物光波在FRFT域的离散复振幅分布,以干涉型计算全息编码方法制作出了分数傅里叶变换计算全息图(CGH),并在计算机中进行了数字再现。仿真实验结果表明:干涉型CGH能记录下物光波的振幅和相位的完整信息,输入平面上的物光波经过任意阶次FRFT后,按照干涉型CGH编码方式产生的全息图能够通过相应阶次的逆FRFT实现再现。

傅里叶计算全息图的数字再现及混叠的消除

提出了一种傅里叶计算全息图数字再现中混叠消除的方法。通过对傅里叶变换计算全息图再现过程的分析,在空域扩展待编码图像的范围,实现了数字图像的傅里叶Burch型计算全息图的制作。对编码的实值图像作逆傅里叶变换,可以准确地重建原图像。该编码方法解决了再现过程中图像混叠的问题,适用于对所有灰度图像的编码。实验结果表明,提出的编码方法可以得到清晰的再现图像。

利用混合编程实现实时数字全息再现系统设计

为了解决数字全息实时再现和CCD采集的问题,在现有的条件下,采用组件对象模型技术,将VB与MATLAB结合开发出相关软件,有效地解决了数字全息实时再现的难题,并通过多次实验,证实了该软件具有较高的可靠性和应用性。结果表明,该软件的设计完成将对数字全息工作提供帮助。

全息图的数字化频域滤波及数值再现研究

采用计算机对普通离轴计算全息图及博奇型修正离轴参考光计算全息图进行数字化滤波操作,可在频域将零级及孪生像消除,从而得到单一的清晰实像或虚像。利用快速傅里叶变换算法计算菲涅耳衍射积分,实现了计算全息图的设计制作、频域滤波、再现过程的全数字化,计算机数值模拟结果表明该方法具有再现图像信噪比高、操作过程简便、计算速度快、灵活性强等特点。

无透镜傅里叶变换全息图数值再现中的图像处理

针对无透镜傅里叶变换全息图数值再现过程的特点 ,提出了一套不同于以往的削弱或消除全息图 0级衍射和孪生像的数字图像处理算法。该算法分为三步。首先 ,对所拍摄的数字全息图通过高通滤波实现衬比度增强预处理 ,以提高全息图的衍射效率并消除再现图像的 0级衍射斑 ;其次 ,对再现图像进行带通及V型滤波 ,以降低背景噪声并使再现视场均匀 ;最后 ,对所得到的再现像进行平滑处理 ,通过小波滤噪和中值滤波进一步提高再现像的信噪比。实验结果表明 ,该方法只需记录一幅数字全息图 ,通过简单的数字图像处理 ,便可明显改善图像质量 ,尤其适用于无透镜傅里叶变换全息图的数值再现 ,并且更加实用化。

数字再现三维物体菲涅耳计算全息的研究

提出了一种用计算机产生和再现三维物体离轴菲涅尔 (Fresnel)全息图的数字方法。采用 Born近似法则建立了理想三维物体模型 ;利用博奇 (Burch)编码方法制作了此三维物体的计算全息图。通过卷积和快速傅立叶变换 (FFT)的方法计算衍射积分 ,以数字聚焦的方法进行再现。通过改变再现距离 ,获得了三维物体各截面的再现像。直接利用数字滤波技术消除了虚像和零级像 ,得到了清晰的实像。

非线性限幅傅里叶计算全息的数字水印方法

基于信息光学理论提出了一种非线性限幅傅里叶计算全息的信息隐藏方法,使数字水印具有更好的稳健性。在传统傅里叶变换全息基础上提取计算全息图的振幅和相位,将相位信息作为输入函数,振幅信息转换成偏置函数,经过非线性限幅处理后得到二元傅里叶计算全息图。由于二元全息图比普通全息图具有更强的抗噪性能,从而大大提高了数字水印的稳健性。为了提高水印的抗压缩能力,通过离散余弦变换在频域嵌入宿主图像中。理论分析和仿真实验表明,该技术对有损压缩、剪切和滤波等多种图像处理操作均具有很高的稳健性,比传统傅里叶计算全息水印的稳健性有很大提高。

合成孔径数字无透镜傅里叶变换全息图的分幅再现

在对合成孔径数字全息图通过分幅数值重建的过程中,数值重建平面中心的改变将会影响子全息图再现像的位置及相位分布,进而会对最终得到的合成数值再现像的质量产生不利影响。针对合成孔径数字无透镜傅里叶变换全息图,在理论分析的基础上,提出了相应的分幅再现算法。根据相应子全息图在合成孔径全息图平面上的位置,给各分幅数值再现像分别乘以相应的相位修正因子后再进行叠加,可得到准确的合成数值再现像。以采用线阵CCD推扫获得的大幅面数字无透镜傅里叶变换全息图为例,按照所述方法进行了分幅数值重建实验,获得了高质量的准确合成数值再现像。实验结果与理论分析一致。

数字无透镜傅里叶变换全息术中非傍轴及离焦像差的校正

对数字无透镜傅里叶变换全息图直接采用逆傅里叶变换进行物场的数值重建时,需要满足两个条件:第一,全息图的记录过程必须满足傍轴近似条件,否则再现过程中会产生非傍轴像差;第二,记录全息图时物平面与参考点光源到全息图记录平面的距离必须相等,否则再现过程中会产生离焦像差。理论分析了非傍轴及离焦记录条件下数字无透镜傅里叶变换全息图的灰度分布特点,并提出了相应的非傍轴及离焦像差的数值校正方法。根据实际的非傍轴或离焦记录情况,分别给所记录的数字全息图灰度分布矩阵乘以适当的非傍轴或离焦校正因子,以消除灰度矩阵中非傍轴或离焦因素的影响,然后再对校正后的全息图灰度矩阵做逆傅里叶变换处理,即可得到准确的数字再现像。实验结果表明,该数值重建方法能够有效地消除无透镜傅里叶变换全息术中数字再现像的非傍轴像差及离焦像差,提高再现像的质量。

多三维物体菲涅耳变换数字实现方法

提出一种在同一张全息图上记录多个三维物体菲涅耳衍射分布的数字化编解码方法。首先利用一次快速傅里叶变换算法计算三维物体全息面上的物光波复振幅分布;然后对物光波数据预处理以克服频谱面上各三维物体数字频谱的混叠问题;最后控制不同的载频系数制作计算全息干涉图。数字再现通过在全息图数字频谱面的特定位置提取有效频谱分量,再计算离散菲涅耳逆变换的方法实现各原始三维物体的数字重建。仿真实验结果表明所提出的方法实现了不同制作参数的多个三维物体的同时记录,并且具有良好的数字再现质量,全息图制作参数如波长、再现距离、载频系数还可作为密钥,实现多个三维物体的加密存储。