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数字全息三维显示中的噪声抑制方法研究

【摘要】:数字全息三维显示是一种能够真实再现现实世界,被公认为最具有前景的三维显示技术;近年来国内外在数字全息三维显示理论、实验等各方面的研究都非常活跃,涵盖的领域也非常宽广。本论文是在对数字全息三维显示技术当前研究现状与存在问题进行剖析的基础上,针对影响再现图像清晰度和质量的因素展开相关研究,从数字全息和计算机制全息现有理论技术和方法研究与分析出发,对数字全息再现图像中零级与共轭衍射光束、散斑噪声统计特性、光学抑制散斑噪声机理、数字图像处理技术去噪进行了详细地探讨,并设计与搭建相应的光学系统实现实验研究。 论文的主要研究内容和创新点如下: 1.零级衍射光斑和共轭像的抑制。在对数字全息与计算机制全息基本原理研究的基础上,仿真了两类典型编码技术—罗曼迂回位相编码和博奇编码,剖析了这两类编码技术对再现图像质量的影响。针对严重影响再现图像质量的零级衍射光斑和共轭像,探讨了抑制效果较佳的相移法,设计与搭建光学实验平台,利用空间光调制器实现了三步相移法和四步相移法;并分析导致实验误差的主要因素。 2.提出将相移法融入到博奇编码的技术,实现清晰三维显示。利用层析法实现三维数字全息显示,为获得清晰再现图像,提出将相移法融入到博奇编码中的技术;通过仿真实验结果图和性能参数指标,证实提出方法的有效性。针对彩色物场,设计利用三色激光以及改进方法来获得清晰、真彩色三维数字全息显示。 3.提出将变波长与运动漫反射相结合来抑制散斑噪声的光学方法。对散斑噪声统计特性研究与分析的基础上,探讨了常用光学抑制散斑噪声方法抑制散斑机理;并针对每种方法提出实验方案,配置光学实验平台,实现几种常用光学抑制散斑噪声技术,而且分析了实验结果与性能参数。根据上述研究与实验,提出一种新的光学抑制散斑技术:变波长与运动漫反射相结合来抑制散斑噪声,并通过设计的光学实验系统验证此方法的可行性与优势。 4.提出光学预处理与改进LEE滤波算法结合来实现散斑噪声抑制的方法。在研究经常运用的几种数字图像处理去噪算法原理,以及利用这些数字去噪算法对数字全息再现图像进行散斑噪声抑制的基础上,改进增强LEE滤波算法,在均质区域扩大滤波窗口尺寸,从而提高去噪能力。在建议的方法中,首先采用性能较好的空间光调制器来初步实现散斑的抑制,同时通过光学过程改变散斑噪声的统计特性;接下来运用改进后的LEE滤波器进一步去除散斑噪声。 5.提出运用随机相位光学抑制方法与改进NLM算法相配合来更加有效地抑制散斑噪声的技术。针对NLM算法的机理与散斑噪声的特点,以及为加快NLM算法处理速度,对NLM算法进行改进。在提出的抑制散斑噪声技术中,利用光学处理方法对散斑噪声先进行预处理,再使用改进的NLM算法抑制散斑噪声;由实验结果得出:与其他方法相比,建议的抑制散斑方法更加有效和可行。

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