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会聚球面波照明下的同轴数字全息研究

石胜辉  
【摘要】: 数字全息是光学全息、计算机技术和数字光电技术相结合的产物,它利用电耦合器件CCD代替传统干板记录全息图,然后将全息图存入计算机,用计算机模拟光学衍射过程来实现被记录物体的再现。与传统光学全息相比,数字全息不仅免去了传统光学全息中化学银盐干版的湿处理,从而可以连续记录运动物体的各个瞬间过程,有利于实现实时在线全息记录,而且还能通过计算机对数字全息图与数字再现图像进行定量分析。 数字波面重构技术于20世纪90年代得到了很大的发展,国外先后将该技术应用于细胞培养观测,微电路检测,粒度分析,力学测量,形貌和变形测量、透明场测量等方面的研究。目前国内的科研人员也已经在全息干涉的数字重现,全息图象的计算机处理系统设计,傅立叶计算全息图的再现及动态显示等方面展开了对数字重现的研究工作。 本论文主要从理论分析、计算机模拟和实验验证三个方面对数字全息波面重构技术进行了初步的研究,主要完成了以下的工作: 首先,介绍了传统全息技术和数字全息技术的基础知识,重点介绍了数字全息波面重构相关理论和数字全息波面重构方法。 其次,完成了数字全息记录及重现程序的编写。对平面物体的全息图记录和重现过程进行计算机模拟,以MATLAB作为编程工具,运用计算机数值计算直接验证了柯林斯公式及其逆运算公式用于波面重构中的正确性。为了消除重现像中的零级亮斑的影响,采用数字相减法对全息图进行了处理。 最后,本文从数字全息实验入手,针对作为全息图记录介质的CCD分辨率(目前远赶不上全息干板),合理分析实验条件,完成了应用CCD记录同轴菲涅耳数字全息图的实验。利用数字重现程序,有效地消除了零级衍射亮斑的影响,成功地重现出了物体的像,结果验证了理论分析和实验方法的正确性。 本文有机的结合了数字全息技术和光学全息技术,探讨了数字全息的记录条件和数字重现的算法,完成了数字全息技术研究中的基础性工作。论文所做的理论分析、计算机仿真和实验为今后数字全息技术进一步的深入研究提供了有益的帮助和借鉴。


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