全息再现像散斑噪声抑制方法研究

作     者：卜佩华 

作者单位：西安理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘芸;杨云

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 

主      题：数字全息显微技术 图像质量提高 散斑抑制 散射片 数字自动聚焦 

摘      要：数字全息显微术是将数字全息技术与光学显微技术结合而成的一种新型显微技术,具有非接触、无侵入、快速、三维成像等优势,在生物医学成像、微粒子追踪、微电子系统检测等领域具有广阔的应用前景。但在数字全息显微成像技术发展中,由于其光源的高相干性会引起散斑噪声问题,从而对物体的成像质量产生干扰,影响了三维测量结果的准确性。因而,本文围绕抑制全息再现像散斑噪声、提高物体成像质量问题开展相关理论与实验研究,提出了一种粗细结合的自聚焦方法以获得最佳的聚焦像,设计了一种电动旋转双散射片的动态照明散斑抑制方法,实现了对散斑噪声的抑制,提高了成像的质量。本文主要内容如下:(1)再现距离的确定是数值再现中的关键的一步,也是获得聚焦再现像的前提。针对相位型物体,根据聚焦函数评价准则,本文提出了一种在粗聚焦中使用Tamura函数法与细聚焦中使用光谱分析法的粗细相结合的自聚焦方法,利用微孔阵列实验验证了该方法的可行性,获得了最佳再现距离,提高了聚焦精度。(2)激光光源的高相干性,使得物体成像时会受到散斑噪声的干扰,降低物体再现像的成像质量。针对此问题,本文设计了一种基于旋转双散射片的散斑噪声抑制方法。理论分析了旋转双散射片抑制散斑噪声的原理,分别对时间相关函数和空间相关函数进行仿真分析,得出当参数v小于等于0.01时,散斑场服从高斯分布,具有很好的去相关速率和较低的时空相关性。与单散射片、一动一静双散射片进行仿真对比分析,比较了非相关周期和去相关速率,发现旋转双散射片的散斑抑制效果要好于其它两种方法。同时,对双散射片之间的距离、散斑目数、转向以及散射片转速进行了仿真,为后续的实验奠定基础。(3)设计并搭建了旋转散射片散斑抑制实验系统,对横向分辨率、视场参数进行分析,利用标准分辨率板对实验系统进行了标定。分别开展了手动、电动旋转散射片散斑抑制实验研究。手动旋转散射片实验中,分别对600目和1500目散射片开展了手动旋转单散射片、一动一静双散射片散斑抑制实验研究,通过振幅再现像的标准差对实验结果进行分析,目数越多的1500目一动一静双散射片抑制散斑噪声更好。电动旋转散射片实验中,以1500目为对象,分别开展了单散射片、双散射片散斑抑制实验研究,同时还对比分析了散射片在不同转速以及不同转向情况下的散斑抑制效果,随着散射片转速旋向相反的双散射片抑制散斑效果更好。电动旋转双散射片抑制散斑的方法只需一幅全息图即可实现散斑抑制,适用于动态样本的测量场合。