太赫兹数字全息术的研发与应用

随着太赫兹技术的逐渐成熟,太赫兹数字全息术作为其中重要的发展方向之一,已经逐渐在众多科研和工业领域显示了强大的应用实力。近些年太赫兹全息术取得了长足的进展,包括系统的开发和应用。建立了一套具有高分辨率、高信噪比、偏振测量能力的太赫兹全息成像系统。同时,将此系统应用到了对平板太赫兹元件的性能表征,对太赫兹波导进行模式测量,对会聚太赫兹波产生的Gouy相移进行观测。这些工作对最终将太赫兹数字全息术用于实际具有积极的推动作用。

基于相位恢复法的连续太赫兹同轴数字全息成像仿真研究

太赫兹同轴数字全息具有较低的光子能量和对非金属与非极性物质较高的穿透能力,越来越受到人们的重视。但由于零级衍射光和共轭像的影响,会导致重建像细节模糊,造成图像质量下降。通过仿真对比分析了相位恢复法在可见光和太赫兹数字全息中的应用,并通过研究重建像的均方差随记录距离和记录间隔的变化情况,验证了在太赫兹波段可以将两次全息图记录缩减成一次的成像方法。讨论了噪声对简化成像的影响,结果表明当全息图和背景都带有噪声时,相位无法恢复到预定值,随着噪声的增大,重建像会越来越模糊,直至完全被噪声掩盖。

纸质遮挡物对太赫兹二次曝光数字全息的影响

太赫兹数字全息成像过程中,遮挡物的透过率、噪声等因素均会影响成像效果;而太赫兹成像技术在安全检测、医学成像等方面具有广泛的实际应用,因此遮挡物成为需要研究的重要问题。针对2.52 THz波进行了纸质遮挡的二次曝光数字全息成像的研究。通过实验估测B5纸和热敏纸的噪声分布和透过率以及探测器引起的误差,确立了仿真模型的参数,并仿真了两种纸张遮挡的影响。通过实验获得了热敏纸遮挡的横向分辨率为0.2 mm的目标及B5纸遮挡的横向分辨率为0.3 mm的目标等的重建振幅像。热敏纸遮挡的0.3 mm分辨率目标与外围区域的对比度为0.46,偏差为0.07,这最接近遮挡物仿真结果。

探测器参数对太赫兹同轴数字全息单点分辨率的影响

太赫兹数字全息成像是当前太赫兹成像技术的前沿研究方向之一，其中分辨率问题是这一领域的关键。有关数字全息分辨率的研究大多基于经典分辨率的估计方法，即两点分辨率问题，很少涉及到单点分辨率。在逆问题方法的框架下，通过对太赫兹同轴数字全息单点分辨率在不同探测器参数下的结果进行对比分析，给出了随着探测器的占空比、像素个数等参数的变化，物平面上各点分辨率的变化情况，以及单点分辨率的空间分布。研究结果对于实践中探测器参数的优化，以及评价太赫兹数字全息分辨率提高方面具有重要的意义。

太赫兹离轴数字全息消零级方法的像质评价及其分析

在太赫兹离轴数字全息中,因其记录及再现距离较短,零级衍射会对再现像造成严重影响。利用三种图像质量客观评价指标,对2.52THz离轴数字全息中使用复振幅复原法和拉普拉斯算子消零级方法得到的再现像进行了比较分析。以成像实验中的分辨率板为模型设计了仿真目标,根据实验获得的照明光和参考光的强度分布仿真了全息图,利用角谱法进行再现,最后对真实太赫兹数字全息图进行了相同的处理,所得结果与仿真结论基本吻合。复振幅复原法和拉普拉斯算子法均能很好的抑制零级衍射。相比拉普拉斯算子法,复振幅复原法的零级衍射亮度衰减率更高,再现像整体上峰值信噪比更高,在高分辨率的0.2mm亮竖条纹区域具有更高的信噪比,图像质量更好。

进化算法优化区域生长的太赫兹全息再现图像分割

针对太赫兹全息再现像易出现边界模糊的问题,提出了一种基于进化算法优化区域生长的分割方法。首先对原始图像进行双边滤波,同时进行形态学腐蚀操作,得到区域生长的种子。其次利用遗传算法和差分进化算法进行阈值寻优,以限制区域生长。得到太赫兹全息图像的分割结果后,以平均结构相似度(MSSIM)为客观评价来衡量算法的有效性,分割结果显示进化算法优化的区域生长算法效果较好,MSSIM可达0.8以上。最后,为比较两种进化算法的寻优性能,将算法应用于可见光图像,根据图像的分割结果,得到差分进化算法在速度和寻优能力上均优于遗传算法的结论。

分割太赫兹全息再现像的复合方法的比较

为实现太赫兹同轴全息再现图像识别,通常需要图像分割以提取图像特征。太赫兹同轴数字全息再现图像包含一定程度的噪声,影响分割质量。本文针对太赫兹同轴全息再现像特点采用了基于裁剪、镜像扩展、滤波和直方图多项式拟合的复合分割方法,用该方法分别对垫片和齿轮的2.52THz同轴全息真实再现像进行了处理,并分步与基本全局阈值法和大津法进行了比较分析,同时用马修斯相关系数进行了客观评价。实验结果表明,该复合方法可以得到较好的分割结果。