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数字全息去噪和三维像重构的研究

田青  
【摘要】: 近年来,随着计算机技术及外围设备的进步,数字全息的研究应用已全面展开,研究工作涉及的范围非常广泛,主要涵盖了面形测量、重建算法、数字全息显微镜、再现像像质改善等一系列领域。其中全息图的重建算法是数字全息术的重要问题之一,但目前所提出的数值再现算法仅限于二维再现像的研究,并不能完全反映复杂物体的三维信息,失去了全息术本身所具有的最大优势。本文主要研究数字全息三维再现像的重构。 数字全息的各种噪音对三维再现像的重构有非常大的影响。噪音的存在不仅影响再现像的像质,而且使得三维重构像失真。减小甚至消除各种噪声的影响是三维像重构的关键所在。所以本文对于数字全息三维再现像重构的研究工作分为两步,第一步是对全息图进行去噪处理来获得高质量的全息图;第二步是用重构算法得到全息图的三维再现像。 本论文分为五章,主要内容如下: 第一章,综述了数字全息术的发展及实现过程,对数字全息术有一个总体的认识,然后分析了数字全息去噪及数字全息三维形貌测量的研究现状。 第二章,阐述了数字全息术的基本理论,重点介绍了无透镜傅立叶变换数字全息术。 第三章,在分析激光散斑形成原因的基础上,提出了两种减小激光散斑的方法:再现像的强度叠加法和合成孔径数字全息术。我们将两种方法结合来获得大尺寸高质量的全息图,不仅提高了再现像的分辨率,而且大大减小了激光散斑的影响,为本文下一步的研究奠定了基础。 第四章,重点研究通过相位获得数字全息三维再现像。本章在研究相位与物体表面坐标对应关系的基础上,首先通过菲涅耳衍射再现算法得到物体的相位,但是得到的相位是处于(-π,π]之间的包裹相位。为了获得展开的连续相位,我们提出两种方法,一种方法是傅立叶变换相位去包裹算法;另一种方法是双波长数字全息轮廓术。前者抗噪性较好,计算速度快,但是对结构复杂或表面梯度很大的物体失效;后者省去了相位去包裹过程,直接获得真实的相位,但是要求有波长相近的激光器来获得较大的等效波长,实验要求比较高。 第五章,对全文工作的总结和展望。 本文的创新点:首先将强度叠加法与合成孔径数字全息术结合获得大尺寸高质量全息图,然后提出傅立叶变换相位去包裹算法来获得展开的相位并计算得到物体的三维面形。将数字全息术和三维面形检测技术这两个十分热门的研究课题结合在一起,不仅是数字全息研究的一大进展,而且将使数字全息术的应用领域进一步扩大,充分发挥数字全息的固有优势。


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