Fraunhofer全息图与Fourier变换全息图的类别

对Fraunhofer全息图与Fourier变换全息图进行理论分析与实验研究，从三个方面论证Fraunhofer全息图与Fourier变换全息图是两种不同类型的全息图．

无透镜再现Fraunhofer全息图

1.再现过程上±1级衍射波 Frauhofer全息图基于其再现象不能通过全息图做Frourier变换而命名,因此其记录方式区别于准Frourier变换全息图,是它选择了平行光为参考光波①.典型的记录光路如图1所示。

无透镜再现Fraunhofer全息图

运用相因子判断法，导出了无透镜再现Ｆｒａｔｉｎｈｏｆｅｒ全息图的原始像和共轭像满足的成像公式，并具体应用于各种不同再现情况。结果表明：再现像面位置与再现光源位置满足透镜成像的共轭关系形式；两像不具有对称性。

Fraunhofer全息图无透镜再现中的物像共轭关系

运用相因子判断法，导出了Ｆｒａｕｎｈｏｆｅｒ全息图无透镜再现时再现像与再现光源之间满足的物像共轭关系。

高斯激光束在Fraunhofer圆孔衍射成像中的球差

基于标量衍射理论,利用Zernike多项式法构建像差函数,并将其应用到ZEMAX中,研究高斯型激光束在透镜与圆孔距离较大时的Fraunhofer圆孔衍射成像中的球差.实验和理论模拟结果表明,透镜及圆孔和透镜距离对产生球差的影响较大,当选择优化的非球面透镜、较高折射率的透镜材料和小视场时,可有效降低由圆孔和透镜距离较大而产生的球差,从而有效提升衍射成像质量.

联合全息平面与物平面的全息图质量评价

数字全息图可为用户提供更详细的3D信息;但其编码失真及特殊的性质为其质量评价带来了挑战。提出了一种联合全息平面与物平面的全参考全息图质量评价方法。首先,在全息平面上利用信息保真度准则度量了压缩全息图的退化程度。其次,在物平面上对重建的多视口参考全息图和压缩全息图提取显著性加权的梯度相似度,再利用Grünwald-Letnikov分数阶导数度量全局特征变化;结合二者计算重建的多视口参考全息图和压缩全息图的相似度。最后,将全息平面的计算结果和物平面的相似度作为联合特征,利用随机森林对以上特征进行训练,建立质量评价模型。实验结果表明,所提出方法的PLCC约为0.9179,SROCC约为0.9075,优于相关代表性全息图质量评价方法,与人眼主观感受契合度更高。

RFreeTrack:基于差分相位全息图的RFID非接触式鲁棒定位系统

针对复杂室内环境非接触式RFID目标定位误差大的问题,提出了RFreeTrack系统,其使用商用RFID设备计算出目标反射信号,实现了复杂环境下高精度非接触式目标定位。首先,提出了一种基于时间序列相似度的搜索方法用于校准静态信号,从而显著增强了目标反射信号提取的鲁棒性。然后,提出了基于差分相位全息图的非接触式定位方法,排除阅读器天线位置的影响,提升了定位准确度,降低了系统的部署难度。最后,实现了一个高精度的非接触式定位系统原型。实验表明,在复杂环境中使用校准后的静态信号提取出的目标反射信号相位,相较于现有方法误差降低了68.8%。基于校准过的静态反射信号,在复杂环境中使用差分相位全息图的定位误差平均值为0.040 8 m,相较于现有方法提升了50.6%。

利用 Fraunhofer 全息图的再现实像测量孔的椭圆度

介绍Ａｂｂｅ成像理论和全息术相结合的新方法，它的特点是：利用小尺寸和无初级像差的Ｆｒａｕｎｈｏｆｅｒ全息图记录物函数的频谱，通过调节Ｆｒａｕｎｈｏｆｅｒ衍射零级谱点的中心，使之定位于待测圆的圆心上，通过间接测量像的横向放大率及其偏差测出内孔的椭圆度；用原参考光作再现照明光波，并共同旋转全息图和参考光，使之清楚地成实像在同一圆周上各点处．本装置制成内窥成像系统，可检测直径为５～１００ｃｍ深孔的椭圆度．

计算全息检测技术的精度溯源研究现状分析(内封面文章)

随着光学系统性能的要求越来越高,非球面、自由曲面等复杂光学曲面能够提升系统的成像性能,因此提升复杂光学曲面的检测精度极为重要。干涉检测是测量复杂光学曲面的重要手段,其中计算全息检测法(Computer Generated Hologram,CGH)作为干涉检测中的一种,因其精度高和设计自由度大等优点得到了广泛的应用。但是在CGH检测复杂曲面的过程中存在的各类误差会影响波前检测的精度。文中首先介绍了计算全息法的检测精度现状,其次归纳总结了造成计算全息法误差的主要因素。分别介绍了不同误差的产生原理、影响效果、相对应标定补偿方法及适用情景和优缺点;并介绍了基于CGH占空比与线条位置误差的调研现状分析以及现有的研究方法;最后对计算全息法检测的精度溯源和精度提升研究趋势进行了展望。

基于全息图平稳分布因子的离群点检测算法

使用传统的基于图的方法进行离群点检测构造转移概率矩阵需要使用数据的整体分布,容易忽略数据的局部信息,导致检测精度低,而使用数据的局部信息可能导致“悬空链接”的问题。针对这些问题,提出一个基于全息图平稳分布因子的离群点检测算法(HSDFOD)。首先,使用相似度矩阵自适应地获取每个数据点的邻居集合构造一个局部信息图;然后,引入最小生成树构造一个全局信息图;最后,利用局部信息图和全局信息图融合为一个全息图构造转移概率矩阵进行马尔可夫随机游走,并通过生成的平稳分布检测离群点。在人工数据集A1~A4上,HSDFOD的精确率均高于SOD(Outlier Detection in axis-parallel Subspaces of high dimensional data)、SUOD(accelerating large-Scale Unsupervised heterogeneous Outlier Detection)、IForest(Isolation Forest)和HBOS(Histogram-Based Outlier Score);曲线下面积(AUC)整体上也优于这4个对比算法。在真实数据集上,HSDFOD的精确率均高于80%,AUC均高于SOD、SUOD、IForest和HBOS。可见,所提算法在离群点检测上有较好的应用前景。

基于混合相位的多平面全息显示

在计算全息术中,基于层析法实现多平面全息显示是最常用的方法之一。针对层析法中多个平面之间存在串扰的问题,本文结合随机相位和二次相位的优点,提出了一种基于混合相位的多平面全息显示方法。首先,选择合适的权重因子生成混合相位代替随机相位作为初始相位。利用迭代傅里叶变换算法进行迭代后,将获得的每个子全息图与具有不同重建距离的菲涅尔波带片叠加,接着将每个全息图以复振幅叠加,获取相位后得到纯相位全息图,从而将分层图像重构于指定的平面上。利用硅基液晶空间光调制器搭建多平面全息显示系统开展了相关的光学实验。实验结果表明,与基于随机相位的方法相比,本文方法提高了结构相似性参数(最高可达4.6%),减弱了多个全息重构平面之间的串扰,提高了多平面全息显示的再现质量。

基于AU-Net对全息图条纹信噪比提升

数字全息成像是一种获得三维物体的波前信息的关键技术,获得高质量的全息图是其首要条件,由于受到图像传感器的约束及实验环境的影响,所获得的数字全息图带有散斑噪声及分辨率低等问题。为了克服这一约束,采用了一种基于深度学习的方法来提高全息图质量、图像分辨率及条纹信噪比。结果表明,所研究算法可以应用于采集的多尺度全息图,而且获得的高质量全息图重建效果更好,减少散斑噪声影响,并比较了三种损失函数在该网络训练中的性能。

全息图邮票鉴赏

20年前,我写过一篇“全息图邮票”(021138),讲过全息图的原理,全息邮票的种类和制作,也展示了一些全息邮票,但是印在杂志上的图看起来是平面的,大家没有真正看出全息图的立体效果。最近,我用手机来拍摄这些全息邮票,得到比较好的效果,在这里和大家分享。

基于Fraunhofer线的小麦条锈病荧光遥感探测

【目的】遥感监测小麦条锈病比传统调查方法更省时、省力并能实现大范围实时监测。【方法】田间人工诱发产生不同发病等级的小麦条锈病群体,采用ASD光谱仪的Radiance方式对其冠层光谱进行了测定。通过比较目标和参考板太阳光谱中两个氧吸收波段的Fraunhofer线深,计算植株发射的叶绿素荧光。【结果】760nm处叶绿素荧光与病情指数高度负相关,688nm处叶绿素荧光与病情指数高度正相关。并且随着病情指数的升高,作为反映植物胁迫状态的荧光比值指标F688/F760亦随之增大。另外对单叶相关光合指标测试结果表明,随着病叶严重度水平的升高,SPAD、荧光参数Fv/Fm和Yield以及净光合速率均有不同程度的下降。【结论】利用Fraunhofer线原理提取的日光诱导荧光信息可以反映田间小麦条锈病的发病状况,为病害的遥感监测提供了又一途径。

关于大颗粒Mie散射与Fraunhofer衍射问题的分析比较

利用Ｍｉｅ散射与Ｆｒａｕｎｈｏｆｅｒ衍射理论的数值计算，对球形颗粒的Ｍｉｅ散射和Ｆｒａｕｎｈｏｆｅｒ衍射做了大量的计算和分析比较，提出了大颗粒的Ｆｒａｕｎｈｏｆｅｒ衍射近似替代Ｍｉｅ散射的判据。

不同矩形孔的Fraunhofer衍射图样模拟

利用基尔霍夫衍射理论,推导出不同矩形孔的Fraunhofer(夫朗禾费)衍射在屏幕上的相对衍射强度的分布公式。并利用mathematic软件模拟了不同矩形孔的Fraunhofer衍射图样与强度分布,从而找出了不同矩形孔的形状与Fraunhofer衍射图样之间的内在规律:明暗相间的衍射条纹与对应矩形的互相平行的两边垂直;明暗相间的衍射条纹的宽度与两平行边之间的距离密切相关,两平行边之间的距离越小,对应的与平行边垂直方向的衍射条纹越宽,平行方向的越窄等。

矩形孔和圆孔构成的双孔Fraunhofer衍射图样模拟

讨论的是光的衍射中的单缝Fraunhofer(夫琅禾费)衍射。通常在Fraunhofer衍射中改变孔的形状,衍射光斑形状会发生明显的变化。因此,讨论分析不同形状单孔Fraunhofer衍射的文章较多。用基尔霍夫衍射理论,推导出矩形孔和圆孔构成的不同形状双孔Fraunhofer衍射在屏幕上的相对衍射强度的分布公式。并利用mathematica软件模拟了矩形孔和圆孔构成的不同形状双孔Fraunhofer衍射图样和强度分布,从而找出了矩形孔和圆孔的相对位置变化、矩形孔大小变化、圆孔大小变化与Fraunhofer衍射图样之间的内在规律。

计算机制彩虹全息图的新算法

提出利用查表方法进行数字彩虹全息的计算方法.根据彩虹全息的基元全息图为线全息图的特点,找出物点与其线全息图的一一对应关系,建立空间点阵物点的线全息物光分布数据表.在对实际物体进行计算时,根据物点的位置,在数据表中找到与之对应的物光分布,并将这些分布进行叠加,从而形成实际物体被狭缝限制的物光分布,最后引入参考光计算其彩虹全息图.本方法充分利用了线全息图的性质,使得计算量大大减小,同时提高了计算速度.

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。

计算机辅助合成全息图

研究合成全息图的原理和记录方法.针对2D/3D合成全息图,分别讨论了对体视、动态、颜色和深度信息的编码以及全息观察窗的空间面积分割,计算了相关的记录参数.实验中采用计算机直接控制的液晶空间光调制器实现2D视差图像的自动显示与切换,方法简便易行,且消除了传统方法中底片复位所产生的误差,易实现自动化生产.实际制作了一个带有动感的合成彩虹全息图,验证了设计的正确性和方法的可行性.