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非相干全息术成像特性及研究进展

中国激光 2014年第2期41卷 35-45页

作者：万玉红满天龙陶世荃北京工业大学微纳信息光子技术研究所北京100124 北京工业大学应用数理学院北京100124

非相干光照明的物体或者自发光物体可以认为是由无数多个点源构成,任意两点发出的光波之间不具有相干性,但同一物点发出的光被分束后是空间自相干的。非相干全息术通过某种光学技术将来源于非相干物体上同一点的光波分为两束,由于这两... 详细信息

非相干光照明的物体或者自发光物体可以认为是由无数多个点源构成,任意两点发出的光波之间不具有相干性,但同一物点发出的光被分束后是空间自相干的。非相干全息术通过某种光学技术将来源于非相干物体上同一点的光波分为两束,由于这两束光是空间自相干的,因而两束光可以干涉实现点源全息图的记录,所有点源全息图的非相干叠加构成物体的全息图。对全息图进行光学或数值重建可以恢复原始物体的三维信息。近年来,非相干全息术已经在非扫描荧光显微成像、非相干彩色全息显示和自适应光学领域展示了其应用的潜力。阐明了非相干全息术记录和再现的基本原理,介绍了记录非相干数字全息图的系统与方法,重点分析和讨论了基于自参考光的同轴数字全息成像系统的成像特性、应用的优势和局限,并介绍了这些方面的研究进展。

关键词：全息非相干全息三维成像分辨率

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提升离轴非相干全息成像视场及分辨率的研究

激光杂志 2021年第12期42卷 66-71页

作者：靳恒春刘友文盛伟南京航空航天大学应用物理系南京210016

为了解决离轴非相干数字全息中重构图像的视场较小、分辨率较低的问题。提出了一种简单、高效的方法来扩大非相干离轴全息术重构图像的视场并提高其分辨率。以加入毛玻璃的方法代替传统的光栅或角度复用等传统方法,在扩大重构像视场的... 详细信息

为了解决离轴非相干数字全息中重构图像的视场较小、分辨率较低的问题。提出了一种简单、高效的方法来扩大非相干离轴全息术重构图像的视场并提高其分辨率。以加入毛玻璃的方法代替传统的光栅或角度复用等传统方法,在扩大重构像视场的同时提高其分辨率。实验结果表明,重建图像的视场与毛玻璃和物体之间的距离成反比,并且和未加入毛玻璃的实验系统相比,加入毛玻璃后获得的重构图像视场可以扩大2.4倍左右。此外,加入毛玻璃后获得的重建图像的分辨率也将提高约1.6倍左右。这些实验结果表明,与普通的非相干三角离轴全息术相比,该方法获得的重构图像拥有更大的成像视场和更高的分辨率。

关键词：非相干全息离轴视场分辨率毛玻璃

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结构光照明下的非相干自干涉数字全息成像

光电工程 2022年第7期49卷 71-79页

作者：郑梦杰杜艳丽黄松涛刘星李朴然马凤英弓巧侠郑州大学物理学院(微电子学院) 河南郑州450001

提出了一种采用结构光照明的迈克尔逊非相干数字全息成像系统,该系统利用空间光调制器SLM实现水平和竖直方向的余弦光栅照明模式,以提高成像系统的横向分辨率。利用MATLAB软件进行仿真成像和数值重建,得到了该系统下的高分辨率重建像,... 详细信息

提出了一种采用结构光照明的迈克尔逊非相干数字全息成像系统,该系统利用空间光调制器SLM实现水平和竖直方向的余弦光栅照明模式,以提高成像系统的横向分辨率。利用MATLAB软件进行仿真成像和数值重建,得到了该系统下的高分辨率重建像,从理论上证明了这一方法可以有效提高非相干数字全息系统的分辨率。搭建了相应的非相干光自干涉数字全息成像系统,通过对USAF1951分辨率板进行成像,从实验上进一步验证了基于结构光照明的超分辨成像方法对该成像系统的适用性。

关键词：非相干全息高分辨率结构光照明迈克尔逊干涉仪

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非相干同轴数字全息成像系统研究

光电子．激光 2015年第6期26卷 1157-1161页

作者：李德阳杜艳丽张文斌马凤英弓巧侠郭茂田郑州大学物理工程学院河南郑州450001

非相干全息术可以利用非相干光源获得物体的全息图。利用迈克尔逊干涉仪搭建了非相干同轴数字全息成像系统,利用菲涅尔衍射理论分析系统的点扩散函数(PSF),使用CCD记录全息图并在计算机中进行数值重建,研究广义相移数字全息干涉术在非... 详细信息

非相干全息术可以利用非相干光源获得物体的全息图。利用迈克尔逊干涉仪搭建了非相干同轴数字全息成像系统,利用菲涅尔衍射理论分析系统的点扩散函数(PSF),使用CCD记录全息图并在计算机中进行数值重建,研究广义相移数字全息干涉术在非相干同轴数字全息成像系统中的应用。结果表明,基于迈克尔逊干涉仪的非相干同轴数字全息成像系统可以实现白光光源照明下物体全息图的快速记录,三步广义相移数字全息干涉术应用于系统,能够克服使用移相器的非相干同轴数字全息术对系统稳定性要求较高的缺点,可以去除孪生像和零级像,获得清晰的数值重建像。本文系统的横向放大率为1.6倍时,分辨率可达45lp/mm。

关键词：全息非相干全息广义相移数字全息迈克尔逊干涉仪

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非相干光照明数字全息实验研究

中国激光 2015年第12期42卷 257-261页

作者：石侠朱五凤袁斌杜艳丽弓巧侠郭茂田梁二军马凤英郑州大学物理工程学院河南郑州450001

搭建了基于空间光调制器的非相干光照明全息记录系统,建立了系统的波动数学模型,获得了系统的点扩展函数、横向放大率以及再现距离的具体表达式。实验给出了分辨率板的相移数字全息图和重建像,然后对两个非荧光骰子进行全息拍摄,在不同... 详细信息

搭建了基于空间光调制器的非相干光照明全息记录系统,建立了系统的波动数学模型,获得了系统的点扩展函数、横向放大率以及再现距离的具体表达式。实验给出了分辨率板的相移数字全息图和重建像,然后对两个非荧光骰子进行全息拍摄,在不同平面实现了数字聚焦。给出了该系统下的彩色全息实验结果。结果表明这种非相干光照明全息系统可以快速获取三维物体的全息图,再现时结合相移算法可以得到无零级像和共轭像的高质量重建像。

关键词：全息非相干全息相移数字全息点扩展函数空间光调制器

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非相干相关数字全息术:原理、发展及应用

激光与光电子学进展 2021年第18期58卷 117-140页

作者：万玉红刘超满天龙菅孟静马腾张沁秦怡北京工业大学理学部物理与光电学院北京100124

全息术最初被设定为一种相干成像技术,通过物光和参考光干涉形成全息图,对全息图进行重建可以实现三维成像和物信息的获取。全息图记录过程要求物体上任意两点的光场具有空间互相干性,这一特性限制了全息术在非相干光领域的应用。空间... 详细信息

全息术最初被设定为一种相干成像技术,通过物光和参考光干涉形成全息图,对全息图进行重建可以实现三维成像和物信息的获取。全息图记录过程要求物体上任意两点的光场具有空间互相干性,这一特性限制了全息术在非相干光领域的应用。空间非相干光的普遍存在和易获取等优点,使得非相干全息术的提出和发展具有重要意义。非相干全息术源于20世纪60年代Mertz和Young提出的菲涅耳波带片编码成像理论,是指在空间非相干光照明情形下利用某种编码孔径对图像进行变换,实现全息图记录和再现的技术。Lohmann把这一技术进一步发展为基于分波技巧的干涉成像技术(源于同一物点的物光和参考光相干涉),实现了非相干物体的波前再现,从而明确了非相干全息记录时物光场中任意两点之间的互相干不再是全息图记录的必要条件。经过几十年的发展,科研人员对非相干全息图的记录机制、重建算法、非相干全息术成像性能的提升和应用等方面的研究都取得了显著成果。本文聚焦于阐明空间非相干光情形下基于编码相位掩模波前调制的自干涉或无干涉数字全息术的成像原理及其演化技术的发展和应用,并在此基础上探讨该技术下一步的发展和有潜力的研究方向。

关键词：成像系统数字全息非相干全息互相关重建三维成像

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基于两步相移的非相干数字全息显微技术

激光与光电子学进展 2017年第4期54卷 126-132页

作者：李滢滢秦琬高志彭翔深圳大学光电工程学院教育部/广东省光电子器件与系统重点实验室广东深圳518060 深圳职业技术学院电子与通信工程学院广东深圳518055 美国克莱姆森大学生物工程系南卡罗来纳州美国克莱姆森29634

基于小波变换抑制偏置量,并利用初始图像消除噪声,进行非相干全息两步相移重现。给出了全息图重现及抑制偏置量计算的具体表达式。实验搭建了基于空间光调制器的非相干数字全息显微系统,给出基于三步相移技术和两步相移技术的数字全息... 详细信息

基于小波变换抑制偏置量,并利用初始图像消除噪声,进行非相干全息两步相移重现。给出了全息图重现及抑制偏置量计算的具体表达式。实验搭建了基于空间光调制器的非相干数字全息显微系统,给出基于三步相移技术和两步相移技术的数字全息图和重现结果,并对比了两种不同方法的两步相移重现结果。对荧光显微颗粒拍摄了两张全息图,并在不同平面实现了数字重聚焦。两步相移相比三步相移成像速度大大提高,为活体细胞动态三维成像提供可能。实验结果表明利用小波变换及初始图像能够更有效地抑制偏置量并消除噪声,在不增加相移次数的前提下,提高两步相移的再现像质量。

关键词：全息非相干全息小波变换两步相移荧光全息显微

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菲涅耳非相干相关数字全息研究进展

影像科学与光化学 2017年第2期35卷 199-207页

作者：门高夫 Pascal Picart 王华英江夏男楼宇丽河北工程大学数理科学与工程学院河北邯郸056038 LAUM CNRS Universite du MaineAvenue Olivier Messiaen72085 LE MANSFrance 河北博夏光电信息科技有限公司河北邯郸056000 昆明理工大学理学院云南昆明650504

非相干数字全息术是当前国际前沿重要研究领域之一。传统全息术由于采用相干光源照明会在全息图记录过程中引入大量散斑噪声和寄生干涉,且对设备和记录条件要求很高,极大地限制了其应用范围。采用非相干光源照明的非相干全息术则可完全... 详细信息

非相干数字全息术是当前国际前沿重要研究领域之一。传统全息术由于采用相干光源照明会在全息图记录过程中引入大量散斑噪声和寄生干涉,且对设备和记录条件要求很高,极大地限制了其应用范围。采用非相干光源照明的非相干全息术则可完全避免这些问题。菲涅耳非相干相关全息术是非相干全息术中最重要的类型之一。本文简要说明了菲涅耳非相干全息术的原理与特点,重点分析了该技术在抑制直流项和共轭像干扰、提高成像分辨率、改善再现像质量及相关应用等方面的研究进展。

关键词：全息数字全息非相干全息菲涅耳非相干全息

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非相干数字全息成像实验及性能研究

非相干数字全息成像实验及性能研究

作者：杨旭锋郑州大学

学位级别：硕士

与传统成像只能记录物体的振幅信息相比,全息术是一种通过光的衍射和干涉原理,同时记录下物体振幅和相位信息的成像方式。传统的全息术需要相干光与感光材料的照明与记录,从而会带来散斑噪声、光路复杂、再现繁琐等问题。随着数字感光... 详细信息

与传统成像只能记录物体的振幅信息相比,全息术是一种通过光的衍射和干涉原理,同时记录下物体振幅和相位信息的成像方式。传统的全息术需要相干光与感光材料的照明与记录,从而会带来散斑噪声、光路复杂、再现繁琐等问题。随着数字感光元件以及计算机、空间光调制器的出现,非相干数字全息技术得到了快速发展,摆脱了对相干光的依赖,解决了成像时散斑噪声的问题,数字记录方式也极大方便了全息图的记录和再现过程。本文在非相干数字全息成像系统的基础上,主要研究其在望远成像领域的应用以及系统分辨率的提高。论文的主要内容如下:首先,介绍了两种常见的非相干数字全息光路,基于空间光调制器的FINCH系统和基于麦克尔逊干涉仪的同轴全息系统。对于两种系统,分别在标量衍射理论的基础上推导了系统的点扩散函数、再现距离、横向放大率和分辨率;对于同轴全息出现的干扰项问题,分析了定步长三步相移法和广义三步相移法消除干扰项的过程;介绍了菲涅尔衍射积分公式的卷积法、菲涅尔变换法和基于角谱理论的角谱法三种全息图再现方法,通过分辨率板的成像结果,证明两种系统的可行性并对优缺点进行了分析对照。其次,在以上两种系统的基础上搭建了前置望远系统的全息成像光路,对成像过程进行了详细的分析。对于FINCH望远系统,拍摄了较远距离的分辨率板的全息图并进行了再现;通过加入可变光阑限制杂散光的干扰,优化成像效果,提高了信噪比;拍摄了空间纵深不同的硬币,通过在不同再现距离的清晰再现,验证了系统的三维性。对于麦克尔逊望远系统,拍摄了分辨率板和硬币的全息图并实现了清晰再现,验证了麦克尔逊望远系统用于全息拍摄的可行性。最后以FINCH望远系统为例分别从理论和实验上分析了全息望远成像的景深问题。最后,对于当前光学系统固有的的分辨率瓶颈问题,介绍了结构光实现超分辨的原理。根据成像过程中结构光光源的产生形式,给出了正弦条纹结构光的理论表达式;对于记录全息图的后期算法处理过程,介绍了图像频域分离、移动、拼接的方法。将结构光技术用于FINCH全息成像并进行了理论分析,用MATLAB软件对成像过程进行模拟仿真,实现了全息成像中频域在水平和竖直两个方向的扩展并提高了再现像的分辨率。验证了结构光技术用于全息成像系统实现超分辨的可行性。

关键词：非相干全息数字全息全息望远结构光超分辨