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同轴相移数字全息的研究

【摘要】: 数字全息中,由于记录介质CCD的有限分辨率,同轴数字全息较离轴数字全息有更多的优点,它可以有效利用CCD的像元个数,扩大再现像的视场,提高再现像的分辨率,更适合记录小尺度三维物体。对于同轴记录所带来的孪生像问题,利用相移技术可以得到有效的消除。这种同轴相移数字全息技术,可以广泛应用于小尺度三维形貌的快速测量、数字无损干涉计量、图像识别、显微成像等领域。本论文对同轴相移数字全息的一些特性进行了较为详细的理论、计算模拟与实验的研究。 全文共分为四章: 第一章 概述了同轴相移数字全息的发展历史及其应用,说明了本论文所要研究 的主要问题及研究结果。 第二章 论述了同轴相移数字全息基本原理,总结和介绍了消除零级像和共轭像 的几种相移算法,并较为详细地介绍了同轴相移数字全息的实验装置。 第三章 将同轴相移数字全息记录与再现过程等效成一个相干光学成像过程,基 于傅里叶光学理论对其成像特性进行系统的理论分析。首先从理论上分 别讨论了数字全息中采用离轴装置与同轴装置记录时对最小距离的要 求,得出这个最小距离与物体的尺寸、CCD靶面的大小、光源波长有 关,在所记录的物体尺寸及所用的CCD参数完全相同的情况下,同轴 记录要比离轴记录所需的物距小;其次计算了同轴相移数字全息系统的 点扩展函数,基于此定性分析了光源波长、CCD光敏单元的大小、点阵 数的多少以及记录距离对再现像的横向分辨率及横向尺寸的影响和限 制,得出同轴全息可以提高再现象的横向分辨率,更适合汜录微小尺寸 中文摘要 的物体;第三禾J用计算机数值模拟了CCD的填充回子对点扩展函数的 影响,发现CCD填充回子越大,由于积分平均效应,点扩展函数的中 心展宽效应就越大;最后,进行了同轴相移无透镜傅里叶变换数字全息 实验,得到了很好的再现像。 第四章 讨论了同轴相移数字全息中,相移角的选取、相移误差以及量化误差对 再现像的影响。从理论上分析了产生这些误差的原因,同时作了计算机 模拟与数值分析。通过数值分析不同相移角的选取对再现像的强度误差 的影响,发现再现像强度误差依赖于记录时相移角的选取,当相移角在 一定范围内,其再现像的强度误差相对较小;提出了一种有效消除相移 误差的新方法,并将其应用于二步同轴相移数字全息,对此进行了计算 机模拟,得到了很好的结果,证明该方法对于相移误差的消除是很有效 的;对量化误差所作的数值模拟发现,当信号被量化成8 比特 (bit),即256个灰度级以上,量化噪声的影响相对较小。

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