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数字全息显微成像理论及算法的研究

汪飞  
【摘要】:数字全息术是一种新型的三维成像技术,其基本原理与传统的光学全息术类似,只是采用光敏电子成像器件如CCD取代传统的全息干版记录全息图,并用计算机数值模拟光学衍射过程,再现出原始物场的波前分布,从而实现物场的三维重建,并可用于定量测量。它实现了全息的记录、存储和再现全过程的数字化。近年来数字全息术以其独特的优势成为干涉计量领域的一个研究热点,在三维形貌测量、振动、形变、粒度分析、细胞培养观测等领域有着广泛的应用前景。 本论文对数字全息术的基本原理、波前重建算法,二维相位解包裹算法等进行了系统的研究,设计和研制了一套预放大离轴数字全息显微镜,对部分样品进行了测量,分析了实验结果。 本论文的主要内容如下: 1.对数字全息术的波前记录与再现过程进行了理论分析,介绍了三维形貌测量原理、数字全息图的记录条件和零级及一级干扰项的消除方法; 2.详细研究了用于波前再现的三种重建算法,对其适用性、重建速度和重建结果进行了分析和比较,并证明了这三种算法是统一的; 3.详细介绍了实现三维物场重建的二维相位解包裹过程,指出了影响相位解包裹结果的三种错误源,介绍了一种有效的基于可靠性排序引导非连续路径的相位解包裹算法,通过计算机仿真实验验证了其有效性,并提出了一些改进措施,明显提高了算法执行速度; 4.设计了一套基于马赫—泽德干涉仪的预放大离轴数字全息显微镜,完成了相关的软件系统设计,在此实验系统上测量了一些样本,再现出了强度图和三维相位图,并对实验结果进行了分析。


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