Synthesizing monochromatic 3-D images by multiple-exposure rainbow holography with vertical area-partition approach

We report for the first time the theoretical analysis and experimental results of a white-light reconstructed monochromatic 3-D image synthesizing tomograms by multiple rainbow holo-graphy with vertical-area partition (VAP) approach. The theoretical and experimental results show that 3-D monochromatic image can be synthesized by recording the master hologram by VAP ap-proach without any distortions either in gray scale or in geometrical position. A 3-D monochromatic image synthesized from a series of medical tomograms is presented in this paper for the first time.

基于GPU和角正交投影视图的多视角投影全息图

针对多视角投影全息图生成速度慢的问题,提出一种基于计算机图形处理单元(graphics processing unit,GPU)的多视角投影计算全息图合成方法.获取多个角正交投影视图,充分利用GPU强大的并行计算能力,同时计算多幅投影视图对全息图的作用,即在计算过程中同时将沿着投影方向移位后的一系列角正交投影视图乘以其相应的常数相位因子.其中,每个投影图像的投影角决定了其移位的距离和常数相位因子.将所有并行计算结果累加,可以得到一个包含物体三维信息的二维复矩阵,即菲涅尔全息图.相较于使用计算机中央处理器(central processing unit,CPU)进行计算,本方法显著提升了计算速度,将计算效率提高了30~40倍,为多视角投影全息图的高效生成提供一种可行途径.

基于TPX透镜的连续太赫兹波像面数字全息成像研究

太赫兹波对非极性材料具有良好的穿透性,与太赫兹波强度成像相比,相衬成像能够更好的反映物体的内部结构。本文提出了基于TPX透镜的连续太赫兹波像面数字全息相衬成像方法,研究了全息记录和再现过程,利用曲面拟合畸变校正去除TPX透镜引入的二次相位畸变。实验搭建了太赫兹像面数字全息成像系统,利用振幅型西门子星样品对系统的成像分辨率进行了定量分析,同时对有机材料和生物样品两种相位型样品进行成像,实验验证了该相衬成像方法的有效性。在太赫兹波段引入像面成像,有利于提高太赫兹成像分辨率及成像质量,在生物医学成像、无损检测等领域具有广泛的应用前景。

角度双重像面全息术研究

本文根据光全息记录的多重性，提出一种新的角度多重像面全息术，实现一次曝光记录全重叠多物像，并在不同的角度分别提取不同的单物信息。文中给出多重像面记录、再现理论及噪声讨论。

数字全息多平面成像技术研究

提出了一种新的数字全息多平面成像技术:将非共轭二次扭曲位相因子作用于实验记录的数字全息图,只需一次菲涅尔衍射便可同时对多个成像平面进行重建。首先介绍了非共轭二次扭曲位相因子多平面成像原理,然后开展实验验证了方法有效性。此方法只需记录一幅处于多个不同平面物体的数字全息图,依据该理论选择合适参数,可在任意位置重建多个平面再现像。采用均方根误差(RMSE)与峰值信噪比(PSNR)作为图像质量评价标准,比较了不同再现距离的成像质量。文中提出方法在无需对光路进行对称设计的前提下,可同时对多个平面进行数字聚焦,延拓了菲涅尔数字全息重建图像的焦深。

球面参考光预放大数字全息成像系统分辨力

为了提高数字全息成像系统的成像分辨力,对以球面波作为参考光波的预放大数字全息成像系统的记录和再现过程进行了理论推导,得出了该系统的脉冲响应表达式,并由此分析了决定该系统成像分辨力的因素。在CCD成像分辨力高于显微物镜分辨力的情况下,通过对分辨力测试板进行实验,讨论了系统分辨力与记录距离的关系。结果表明:再现像的分辨力对记录距离不敏感;但在记录距离为零,即像面数字全息系统下,再现像具有更高的分辨力。实验结果与理论分析一致。

二维衍射光栅在彩虹全息中的应用

提出了将正交位相光栅和扇出光栅应用于制作彩虹全息图的方法，分析了正交位相光栅产生的多重全息像的位置和强度分布，给出制作扇出光栅的一种实用方法，并给出了实验结果。

缺口根部塑性区和拉应力场对循环压缩疲劳裂纹止裂长度的影响

本文采用激光显微像面全息和散斑照像分离技术检测了双缺口试件在不同压缩应力条件下缺口根部塑性区的形状及大小,并采用有限元分析法计算了相同应力下的塑性区和裂端应力场.结果表明:用显微像面全息法测量塑性区的大小及形状简单易行,且有比较满意的工程精度. 对在不同压缩循环加载条件下测得的瘦劳裂纹止裂长度与所测压缩塑性区相比较表明:疲劳裂纹止裂长度和塑性区大小之间不存在简单的对应关系.止裂长度主要由缺口根部在循环压缩卸载过程中所产生的拉伸应力区控制.

基于多波长同轴数字全息的相位恢复算法

同轴数字全息中固有的共轭像问题会严重影响再现像质量,已有的相位恢复算法需要大量计算才能祛除共轭像,且无法获得连续分布的解包裹相位像。提出一种基于多波长的相位恢复算法,该算法利用4个波长下记录的数字全息图,并在迭代过程中借助光学解包裹原理扩展了测量范围,实现了再现成像面中共轭像祛除的同时获得解包裹的相位分布。同时,由于在物面及记录面添加了约束条件,该方法中所用波长数少于其他已提出的基于多波长原理的相位恢复算法,而且具有更快的迭代收敛速度和更好的共轭像祛除效果。数值仿真和实验结果皆证明了该方法的有效性。

中子全息术中孪生像消除模拟

在中子全息照相的记录过程中，参考波与物波近似沿同一方向传播至全息屏，并在重建时形成不可分离的原像和共轭像，在特定波长下，两者可能干涉相消，产生孪生像现象。受制于中子探测效率和单色器能量分辨率，目前中子全息成像中孪生像的消除技术尚未得到系统的理论和实验研究。本文采用数值方法对已成功应用于X射线全息孪生像消除的两种全息记录及重建技术展开模拟，讨论基于研究堆的中子全息成像技术实现孪生像消除的可行性，并从实验效率和重建质量出发，对单色器分辨率、波数记录间隔、波数记录范围等关键参数进行定量分析和优化选取。结果表明，在研究堆中子源相对较低的单色器分辨率和较窄的可选能区条件下，通过记录2～4个不同能点的全息图即可获取较理想的中子全息重建结果。

象面全息无损检测的实验研究

本文对象面全息无损检测方法进行了实验研究，结果表明该方法可用白光再现；同时，对于小缺陷可进行放大成象，从而提高了对小缺陷的判别精度。

用像面全息散斑干涉法测裂纹尖端三维位移场

提出了显微像面全息和散斑干涉分离术测试三维位移的新方法，并应用该技术对裂纹尖端附近的位移及应变场进行了测试和计算．此外，还提出了一种再现像面全息的简单而有效的方法．

全息法改善大口径菲涅耳透镜的成象质量

提出一种根据象面全息法改善有机破璃制大口径菲涅耳透镜成象质量的方法。给出了“全息干版”和“光导热塑片”制备的两种“补偿板”对菲涅耳透镜进行象质改善的实验结果。

用二维光栅产生三维物体多重全息像

提出利用浮雕型正交位相光栅产生多重全息像的方法,计算得到了多重全息像的位置和强度分布,给出了产生几个等光强全息像的条件,并给出了实验结果。

全息立体多重像的拍摄

本文介绍了用光栅对参考光进行调制,从而拍得全息立体多重像的方法。

数字像面全息显微技术的降噪方法

数字像面全息显微技术中,记录过程引入的噪声限制了轴向测量的精度和可靠性。目前对于抑噪方法的研究,主要针对高频噪声。因此提出了一种针对数字像面全息显微技术的降噪方法,不仅抑制高频噪声,对噪声的低频部分也有抑制作用,提高重构相位的信噪比。这种降噪方法对数字像面全息显微图进行优化,实现途径为利用二维经验模态分解中,第一层本征模态函数与全息图干涉条纹灰度信息契合的特点,提取第一层本征模态函数实现优化。应用优化后的像面全息图,实现重构,求解相位,测量样本表面形貌。应用优化方法对标准纳米台阶的表面形貌进行测量,对比并分析优化前后全息图的频谱以及测量的高度图,证明优化方法在保证对微结构表面形貌实现可靠测量的基础上,降低了数字像面全息显微技术的重构相位噪声。

Arnold变换和混沌映射的计算全息多图像同步加密

为同步加密多幅图像信息,提出一种基于计算全息的多图像加密方法。该方法使用全息图同步记录多图像信息,再利用Arnold变换和混沌映射来置乱、替代全息图的像素值,得到最终的加密图像。解密过程中,使用正确密钥还原全息图的像素值及其像素位置分布,经全息再现即可重建对应的图像信息。较传统的计算全息多图像加密方式,该加密算法提高了密钥空间和密钥敏感度,有利于信息的安全传输。实验结果验证了算法的安全性和鲁棒性。

基于空间角度复用和双随机相位的多图像光学加密方法

提出了基于空间角度复用和双随机相位的多图像光学加密新方法.加密过程中,首先将原始图像进行随机相位调制和不同距离的菲涅耳衍射;其次,将携带调制后图像的参考光与携带随机相位且具有不同立体角的参考光相干叠加,产生干涉条纹;最后,将不同方向的干涉条纹叠加形成复合加密图像.解密为加密的逆过程,将复合加密图像置于空间滤波和菲涅耳衍射系统中,经过不同相位密钥解调和正确距离的菲涅耳衍射完成解密,得到多幅解密图像.该方法可以同时对多幅图像进行高效的加密,计算简单、安全可靠、抗噪声能力强.利用相关系数评估了该方法的加密效果,并通过仿真实验验证了该方法的有效性和安全性.

基于数字全息和数字图像相关方法的面内位移测量

针对一套数字全息装置只能测量离面位移这一个维度位移的局限性问题,将数字全息与数字图像相关方法相结合,利用数字全息重建的强度图像,实现了面内另外两个维度位移的测量,拓宽了一套数字全息装置的测量能力。该方法对待测物体位移前后的全息图数值重建得到两幅强度图,然后对变形前后的强度图应用数字图像相关方法得到面内两个维度位移的测量结果。该方法中采用的数字全息的强度图本质上是激光散斑图,而不是传统数字图像相关使用的白光下或自然光下的表面喷涂散斑或者物体自然纹理,因此是对数字图像相关方法应用于激光散斑图像的有益探索。最后通过二维位移装置对平面施加面内方向位移的实验验证了数字图像相关方法对于数字全息重建的激光散斑图在面内位移测量的有效性。最后,讨论了基于数字全息对曲面物体利用数字图像相关进行面内位移测量的可行性。传统的二维数字图像相关方法由于有限焦深导致散斑退相关现象,因而无法对曲面物体进行面内位移测量。但是,借助数字全息技术在一幅全息图中能将物体聚焦到不同深度的能力,可以将曲面物体分割为不同深度部分开展二维数字图像相关测量。本文从理论上讨论了该方法的可行性,并在实验上遍历了不同深度的DH重建对曲面物体面内位移的测量准确性的影响,为数字图像相关方法借助数字全息技术的辅助对曲面物体面内位移的测量进行了有益探索。

非线性条件对记录多重全息图的影响

通过计算和比较在线性条件及非线性条件下各级多重衍射像的光强及相位分布情况,分析了非线性条件对多重全息图成像效果的影响.提出了拍摄多重全息图的合适条件,并用实验加以验证.