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基于计算全息再现像散斑噪声的抑制方法研究

夏强强  
【摘要】:全息三维显示是最具发展潜力的自由立体显示技术之一,它能在空间再现三维立体像,为人眼提供真实的深度感知。与传统光学全息相比,由现代光学与计算机相结合的计算全息具有易复制、功能灵活、噪声小、适用范围广等优点,已在光学领域尤其是二维立体显示领域发挥了其独特的优势作用。然而计算机全息显示中,存在显著的噪音。近几年提高再现像的成像质量降低噪声干扰,已经成为全息显示研究的热点。本文主要对提高再现像质量进行了研究。首先,本文简要介绍了计算机生成全息图重现像提高像质,抑制散斑噪声的概况;研究目前主要的提高全息再现像质的算法,并对每个算法都进行了理论分析和仿真,分析各个算法的优缺点,并提出改进措施。其中,主要对有虚拟会聚光的无随机相位算法进行了重点研究,并在目前研究的基础上加入消除振铃伪影实验模型,以及迭代算法,并对系统进行数值仿真分析。本文主要的内容以及结构的安排如下:首先,对计算全息再现像散斑抑制领域进行概述,简单的介绍了研究背景以及现在的发展现状,同时介绍了计算全息以及再现像散斑抑制领域的基础的理论知识,方便我们能够整体把握计算机全息的生成方法,为后续研究奠定基础。其次,对目前基本的两大类计算机全息成像散斑抑制方案进行实验仿真分析。第一类是有随机相位应用的迭代相位恢复算法,在分析了传统的GS迭代算法后,主要研究了双限制迭代傅里叶转换算法以及基于二次相位分布的双限制迭代傅里叶转换算法;第二类是有虚拟会聚光的无随机相位理论,主要研究了虚拟会聚光代替随机相位后成像质量以及采用缩放傅里叶算法加入迭代算法成像的质量。并对两大类算法进行了理论分析和数值仿真,分析了其衍射效率,均匀误差,以及迭代收敛性。最后,通过以上算法分析,我们主要对基于虚拟会聚光的无随机相位理论进行了主要研究和改进。因为无随机相位计算机全息图成像尺寸受限制(不超过全息图尺寸),我们主要应用混叠缩减的缩放菲涅耳衍射算法进行衍射处理;针对其噪声主要来源于振铃伪影的特性我们在数值建模时加入振幅反滤波方法,在生成全系过程中滤除振铃伪影造成的污染,并在此基础上加入相位移植,通过混叠缩减的缩放菲涅耳衍射反复迭代,得到所需相位替代虚拟会聚光进行计算最终得到高质量的在现像。并对算法的信噪比和原始图像和重建图像之间结构相似度进行了分析。


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