Gabor同轴数字全息的多重再现与自动聚焦

对于近场同轴数字全息在聚焦再现(再现距离精确等于实际记录距离)时,采用多重再现方法可以很好地消除共轭像的影响,但该方法没有考虑和分析再现距离与实际记录距离存在偏差时的影响。然而在实际应用中,实际记录距离难于精确测定,数字再现时采用的再现距离往往与实际记录距离存在偏差。对该方法进行了进一步的深入分析,分析发现该方法对距离偏差十分敏感,且随着距离偏差增大其共轭像消除效果会急剧下降;利用该方法对距离偏差的敏感特性,可以提高同轴数字全息自动聚焦的精准性和灵敏性。对上述结论进行了原理分析和实验验证。

数字同轴和数字离轴全息系统分析

利用最高空间频率分析法,通过逐点分析记录在 CCD 上的空间频率信息,研究了物体可允许记录的最大横向尺寸、最小记录距离、全息图的信息量、空间分辨力、再现像的横向分辨力、轴向分辨力及散斑大小,并得到了数学表达式。理论分析和实验结果表明,数字同轴全息系统放宽了对 CCD 分辨力的要求,有较高的分辨力,较低的散斑噪声、灵活、简单的系统结构及较高的 CCD 空间带宽利用率,在增强系统性能方面要优于数字离轴全息系统。这一研究为数字全息系统的设计和操作提供了一定的理论和实验指导。

同轴数字全息用于血吸虫尾蚴检测研究

由于水的表面易出现抖动或波动情况,而传统的显微镜成像需要精确的光学焦聚过程,因此不适于观察漂浮于水表面的血吸虫尾蚴.本文论述了用同轴数字全息检测血吸虫尾蚴的基本原理.通过对再现像进行小波分析发现,偏离焦点时的小波变换高频系数的幅值比聚焦时要小得多.针对这一特点,本文对小波变换清晰度评价函数进行了改进,将原来利用高频系数之和改为利用聚焦窗口中高频系数的最大幅值为清晰度评价依据.在模拟实验结果中清晰度评价函数极大值出现在再现距离与记录距离相等处,说明了该算法的准确性.建立了用于血吸虫尾蚴检测的实验装置,可方便获取普通显微图像及数字全息图.实验结果表明,本文提出的算法能实现实际情况下的数字全息自动聚焦,其再现像的分辨率与装有1倍显微镜头的数码显微镜分辨率相当,足以清晰地分辨出血吸虫尾蚴的尾部分叉特征.利用同轴数字全息技术可在水面与图像传感器之间的距离不确定的情况下实现对血吸虫尾蚴的检测.

用于海洋原位浮游生物探测的同轴数字全息显微技术研究（英文）

本文将数字全息与显微成像技术相结合,设计搭建了一套数字全息显微系统,用于对浮游生物进行光场获取。基于该系统获取的光场信息,通过在不同景深对图像进行再现,既可以获到单一浮游生物的清晰图像,也可以获得一定水体内浮游生物微粒在海水中的三维分布情况。通过实验测得系统分辨率可以达到7.8微米,景深可以达到10毫米,优于一般光学显微镜的技术指标。研究结果表明优势明显的数字全息显微系统是一种适合海洋原位探测的浮游生物研究的有效方法。基于数字同轴显微系统的水下仪器开发将是下一步工作的努力方向。

数字像面全息与同轴全息实验研究

通过采用数字像面全息与同轴全息技术拍摄透明物体以及不透明物体的全息图,并在计算机上再现。结果表明,当记录较小物体的全息图像时像面全息技术更加合适。

基于深度学习的单帧同轴数字全息重建方法

针对同轴数字全息中零级像及孪生像对再现像干扰的问题,提出一种基于深度学习的单帧同轴数字全息图重建方法。利用神经网络强大的特征提取能力,去除同轴全息重建过程中零级像及孪生像对再现像的干扰。分别针对强度型和相位型目标所对应的同轴全息图利用U-Net的卷积神经网络进行了训练和重建,结果表明U-Net网络对强度型和相位型目标均能实现高质量的重建。为进一步验证该网络对不同类型目标的泛化性,将字母数据集生成的同轴全息图在不同噪声水平下进行了重建,结果表明该网络对不同目标及噪声均具有良好的鲁棒性,且重建结果与真实目标的结构相似度均保持在0.92以上。

数字同轴全息油液磨粒形貌检测技术的研究

提出一种基于数字同轴全息三维成像理论的油液磨损颗粒检测新技术,该技术同时具有颗粒计数、颗粒成像及形态、形貌识别分类等功能,可为基于油液分析的机械设备状态监测和磨损故障诊断提供新的检测手段。对数字同轴全息用于油液磨损颗粒检测的原理、特点及系统软硬件组成等进行了详细介绍,并进行了实验验证,实验结果证明了该技术的可行性。

同轴数字全息视频动态跟踪处理实验

用数字全息进行动态观测时,由于不同物体记录距离不同,且不断地变化,再现像不能始终处于清晰状态。本文提出了利用同轴数字全息视频技术实现在三维空间内对运动物体进行连续动态观测的方法,研究了其中的动态跟踪聚焦算法和视频处理算法。利用上一帧再现像中观测物体的中心位置作为下一帧全息再现中聚焦窗口的中心位置,使聚焦窗口始终跟随观测目标移动,从而保证处理全息视频时每一帧再现像都能准确自动聚焦,使再现视频中要观测的目标始终处于清晰状态。采用上一帧的聚焦距离为下一帧再现距离的搜索中心、避免处理不同全息图时的重复运算等方式来提高数字全息视频的处理速度。实验结果表明,本文提出的数字全息视频成像技术能实现在三维空间内对某一特定运动物体进行连续动态观测。

非定值相移量的单步相移同轴数字全息

提出一种非定值相移量的单步相移同轴数字全息算法。对CCD面上的干涉光强进行了分析,用图像相减法算出CCD面上不能确定相位正负的物光波,再记录一帧有相移的干涉光强,来确定相位的正负。其特点是有相移的这一帧干涉光强没有参与物光场大小的运算,只是用于相位符号的判断。该算法对相移误差不敏感。

同轴数字全息术在大气可吸入颗粒物PM_(2.5)测量中的应用

讨论了同轴数字全息术测量PM2.5大气可吸入颗粒物的可行性,并设计了一套针对PM2.5颗粒测量的同轴数字全息实验装置。在讨论同轴全息图的数字图像处理方法基础上,利用所设计的装置测量了与PM2.5颗粒粒径相当的标准粒子,对实验结果进行了分析和讨论。实验证明,同轴数字全息术可有效应用于PM2.5颗粒的测量与分析。

均匀球面波数字同轴全息生物显微方法

传统的小孔球面波数字同轴全息受小孔的不确定度影响,成像质量并不理想。本文提出一种产生均匀球面波得到宽视场高分辨的显微成像方法。激光经过扩束镜、显微物镜后聚焦成一个极小的光斑,调节针孔阵列与焦点的距离,针孔直径与焦斑相配形成理想球面波。照明被测物后,透射球面波和物体散射的物光波形成干涉条纹,由大靶面图像传感器采集。载物与不载物的图像相减去掉脏点和杂光干扰。菲涅耳逆变换重构算法恢复物体信息。生物实验证明,均匀球面波数字同轴全息能够获得高质量显微成像,视场范围3.22 mm×3.22 mm,分辨率5.09μm,其快速、非接触、灵活的放大倍率可广泛应用于光学元件检测、材料识别、生物医学领域。

数字同轴全息颗粒场检测中的颗粒分割识别与独立聚焦

针对数字同轴全息颗粒场检测中不同层面颗粒的自动聚焦问题,通过分析颗粒场数字同轴全息记录与再现的特点,提出一种颗粒分割识别与独立聚焦方法.给出了对单个颗粒进行聚焦判断的独立聚焦判据函数、以及实现颗粒分割识别和独立聚焦的方法.通过单层单个、两层两个及多层多个颗粒场的实验,验证了所提出方法的正确性.

基于数字同轴全息的铝颗粒燃烧粒度分布研究

铝颗粒的团聚效应会对固体推进剂燃烧造成不良影响,产生积渣、两相流损失等问题。为掌握铝颗粒的团聚机理,了解初始铝颗粒尺寸以及压强对铝团聚的影响,以优化推进剂配方及粒度级配,有必要对三维空间内铝颗粒的粒度分布进行研究。为解决传统检测方法的景深问题,采用了数字同轴全息(DIH)技术,并用普通镜头搭配4f透镜组取代长焦显微镜头构建了成像系统。实验一方面对两种具有不同初始粒径的推进剂A和B进行燃烧测量,另一方面对推进剂B分别在0.1,0.2,0.3MPa三种不同压强下的燃烧进行了测量,然后通过全息重建以及图像处理技术得到了燃烧铝颗粒的粒径信息,相对测量误差在9%以内,最后采用Normal和Log-Normal多峰拟合获取了粒度分布的详细参数。对比实验结果发现,常压下铝团聚体的尺寸随着初始铝粉粒径减小而减小;随着压强增大,铝团聚物的尺寸逐渐变小,体积概率密度逐步由双峰分布变为单峰分布,说明压强升高对于铝团聚有抑制作用。

同轴数字全息用于铝燃烧颗粒的测量研究

为获得三维空间范围内固体推进剂铝颗粒动态燃烧的粒径信息,采用同轴数字全息技术对固体推进剂中铝动态燃烧颗粒粒径分布的测量进行了研究。在常温常压下,采用两种放大倍数(1.1倍和2.7倍)的成像系统对两种推进剂进行了全息测量,分别从两种推进剂铝燃烧颗粒的全息重建图像中提取了所有铝燃烧颗粒的粒径信息,采用Log-Normal多峰拟合方法获得了颗粒粒径分布的详细参数。实验结果表明:在颗粒重建全息图的基础上,采用插值方法极大地提高了颗粒粒径的测量精度,在10μm^200μm内,相对测量误差可降低至0.4%。该方法能够清晰获得10μm^900μm内所有铝燃烧颗粒粒径分布和平均粒径等信息,说明该方法适用于固体推进剂铝颗粒燃烧的精细化测量。

LED同轴数字全息显微浮游生物原位探测系统

海洋浮游生物原位探测系统对海洋生态研究具有重要意义。研究了一种适合长期在水下观察浮游生物的原位探测系统。系统基于同轴数字全息光路设计,加入显微放大模块,使用中心波长525nm的LED光源,有效降低了激光散斑噪声的同时,使显微成像的景深达到厘米量级。通过测试得到CCD位置与系统景深的变化关系直方图,选择合适的光阑直径和CCD位置对标准分辨率板usaf1951和水槽中的浮游生物进行了全息记录和再现;对系统分辨率进行评估,充分论证LED同轴数字全息显微在海洋浮游生物原位探测中的可行性。

同轴数字全息技术在高速射流粒子测量中的应用

在高压加载下材料表面会产生微物质喷射，传统全息技术已应用在微物质喷射的测量中，获得包含粒子形状和位置信息的再现图像。数字全息技术作为传统全息技术的一种替代手段，直接采用CCD相机接收微喷射粒子的全息图像，再用数字方法重建粒子场，由于其避免了传统全息中干板的湿处理，并且不需要物理再现过程，具有实验过程简单方便、噪声小、实验结果直观、实时处理等优点。文中讨论了采用同轴数字全息技术测量微喷射粒子的实验情况，获得了铝飞片在爆轰加载下的微喷射粒子的数字全息图像和再现图像，给出了粒子的尺寸分布和微喷射粒子的速度。

数字全息粒子图像测速技术(DHPIV)研究进展

全息粒子图像测速技术(DHPIV)是当前非常具有发展潜力的非定常三维流场测量技术,是一种具有点空间分辨力的三维空间三维速度场和时间历程的实验观测方法和技术.本文介绍了该项技术(数字全息DH和粒子图像测速PIV)的发展背景和近20年来的研究进展,并介绍了已测得的非定常复杂流动的初步结果.详细论述了DHPIV技术所面临的关键性问题和应用基础问题以及相应的进展:粒子空间场的重建与再现的空间分辨率问题、粒子定位或位移精度问题、信噪比和数字再现的光学与快速算法以及测量空间的扩展等问题.同时讨论了数字离轴全息等有关技术的潜力,介绍了进一步的研究发展方向.

全息图数字再现中消除直射光的一种方法

针对目前全息图数字再现中消除直射光方法操作过程复杂的问题,通过对全息记录过程及再现原理的分析,提出了一种消除全息图数字再现中直射光的方法.该方法简单并且数值计算误差较小.

单幅同轴全息图两步迭代收缩重建

利用压缩传感理论中的两步迭代收缩重建算法,开展单幅同轴全息图重建实验研究,实现单幅同轴全息图共轭重建像的消除并克服数字全息技术在轴向聚焦平面识别能力的不足。以数字图像和标准分辨率板为记录物体,比较分析了基于两步迭代收缩算法和菲涅尔近似衍射重建算法的重建质量;以两根裸光纤为实验样本,分析了两步迭代收缩重建算法对记录物体轴向不同焦平面的识别能力。实验结果表明两步迭代收缩重建算法可得到清晰度高于68.73%的重建信息,同时对直径为125μm的两根光纤在9mm的轴向间距条件下,显示出了比全息菲涅尔近似算法更好的聚焦平面识别能力。这一轴向聚焦识别能力有助于数字全息技术应用于功能材料梯度参数或功能涂层光学器件涂层厚度检测。

磁流变液中软磁性颗粒尺寸及分布的数字全息测量

针对目前磁流变液工作机理尚不完全清楚的现状,提出利用数字全息技术对磁流变液中软磁性颗粒进行三维可视化显示和测量。通过同轴数字全息记录光路,在无磁场和有磁场两种状态下,利用CCD传感器获得了软磁性颗粒的同轴全息图。结合相关系数法,通过数字重建得到了磁流变液中各软磁性颗粒的大小及分布,实现了软磁性粒子的三维可视化显示与测量,为进一步研究磁场作用下磁流变液的动态特性奠定了基础。