同轴数字全息成像的共轭像去除及照明光源扫描方法研究

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1、中文图书分类号：O438.1密级：公开UDC：535学校代码：10005硕士学位论文MASTERALDISSERTATION论文题目：同轴数字全息成像的共轭像去除及照明光源扫描方法研究论文作者：王敏超学科：物理学指导教师：王大勇教授论文提交日期:2017年4月UDC：535学校代码：10005中文图书分类号：O438.1学号：S201406072密级：公开北京工业大学理学硕士学位论文题目：同轴数字全息成像的共轭像去除及照明光源扫描方法研究英文题目：ELIMINATIONOFTHETWINIMAGEANDTHEPOI

2、NTSOURCESCANNINGINTHEIN-LINEDIGITALHOLOGRAPHY论文作者：王敏超学科专业：物理学研究方向：光学信息处理与光通信器件申请学位：理学硕士指导教师：王大勇教授所在单位：应用数理学院答辩日期：2017年5月授予学位单位：北京工业大学独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作

3、的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：王敏超日期：2017年5月25日关于论文使用授权的说明本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。（保密的论文在解密后应遵守此规定）签名：王敏超日期：2017年5月25日导师签名：王大勇日期：2017年5月25日摘要摘要数字全息技术是基于传统光学全息、计算机技术和光电探测器制作工艺的发展而产生的一种新的

4、三维成像方法，它是用CCD等光电探测器来记录全息图，并将其输入、存储于计算机中，通过计算机模拟，对数字全息图进行再现，从而实现了全过程的数字化。一方面，与传统全息一样，也具有全视场、非接触、可获取相位信息等优点，同时，还具有计算机在线的灵活性、定量测量、易处理和易存储等传统全息不具备的独特优势。但是，受探测器的限制，与传统全息的高分辨率相比，数字全息的分辨率十分有限；采用同轴数字全息系统对探测器空间带宽积利用率高，但由于物光和参考光同路，从而导致直流像、共轭像与真实像三者在空间上交叠，与离轴全息相比，直流像、共轭像

5、更难去除。在目前光电成像器件制作工艺有限的情况下，为了提高再现图像质量，需要解决共轭像如何去除、以及分辨率如何提高的问题。针对上述问题，本文通过理论分析、数据仿真和实验研究展开探讨，主要内容如下：1、对相位复原算法的约束条件进行优化，在已有的相位复原算法基础上，我们增加了物平面上点光源相位这一约束条件，使其能够更好的应用于点光源照明去除共轭像的研究中。通过在物面和记录面之间进行迭代，恢复出物体的相位信息。首先，理论分析了算法流程和约束条件；然后，通过仿真和实验研究，验证了优化相位复原算法的可行性。2、研究在同轴数字

6、全息光路系统中，利用最小记录距离进行全息图记录时，系统分辨率的主要影响因素。首先，分别理论分析和推导了在满足采样频率与抽样定理时，平面波照明和球面波照明两种情况下，探测器像元尺寸对成像分辨率的影响；然后，通过仿真研究对理论推导的结果进行验证。3、提出一种基于点源扫描实现亚像素微位移的方法，并对光路和算法进行优化。传统亚像素微位移直接移动CCD，对移动装置的精度要求高，同时误差大，为了克服这个问题，我们利用点源扫描来实现微位移，从而降低了对移动装置的精度要求、提高了移动的准确性。通过移动点源，获取多幅具有亚像素微位移

7、关系的全息图，通过配准融合算法，获取一张包含更多物体信息的全息图，利用角谱再现可获得更高分辨率的物体再现像，采用理论分析、仿真和实验研究三者结合的方法，均验证了该方案的可行性。关键词：数字全息，同轴数字全息，共轭像，分辨率，点源扫描IAbstractAbstractDigitalholographyisanewmethodforthree-dimensionalimaging,andit’sproductsofthetraditionalopticalholography,photoelectricdetectio

8、ntechnologyandcomputertechnology,whichreplacesthetraditionalrecordingmaterialwiththephotoelectricaldevice,andimplementsdigitalizationofrecordingandreconstructionprocess.Ontheonehan