[发明专利]基于分区计算的数字全息图零级斑和共轭像的消除方法

说明书

技术领域

本发明属于数字全息技术领域，具体涉及一种基于分区计算的数字全息图零级斑和共轭像的消除方法。

背景技术

数字全息最大的特点是可以对三维或相位物体的结构信息进行定量分析，它在生物医学、微机械系统结构分析、流场分析等方面有重要的应用前景。在数字全息中，零级斑和共轭像产生的噪音严重地影响了重构像的质量。一种最简单的抑制零级斑和共轭像影响的方法是离轴数字全息图，当再现像、共轭像和零级斑的空间频谱满足空间分离条件时，三者将不相互干扰，但离轴全息不能充分利用光电成像器件有限的像素，记录的信息大为减少，对于一定记录方式，将降低再现像的分辨率。事实上，不论是采用离轴全息还是同轴全息，零级斑和共轭像都会对再现像质量产生影响。为消除零级斑和共轭像的影响，人们进行了很多努力。

归纳起来有三类：频域数字处理、空域数字处理技术和相移技术。

频域数字处理有的是通过滤波的方法抑制零级项和共轭像，有的利用小波分析来提取全息图被测物光频谱，这些方法的特点是只对离轴全息图有效。

空域数字图像处理技术主要是直接对全息图进行数字处理，例如有减参考光强和近似物光强度方法，空间相移再现方法，这些技术只能消除或者抑制零级斑噪音，无法消除共轭像。

相移全息术是目前最有学术影响的方法。相移全息术从理论上可以有效消除零级斑和共轭像的影响，但由于在记录光路中需要精密的相移元件和拍摄多幅全息图，使其实用性受到影响。

有人提出了单曝光的相移全息技术，但该技术的假设即数字全息图上相邻像素的物光相同而参考光却有相移，在实际中无法精确满足。

发明内容

本发明提出一种和以往完全不同的方法消除零级斑和共轭像的影响，适用各类数字全息图。本方法将记录方式与数值计算相结合，有效地消除了零级和共轭像噪音。其核心思想是利用全息图本身在不同区域具有不同方向空间载频的特性，对全息图进行分区滤波消除零级斑和共轭像。

本发明的技术路线是：

基于分区计算的数字全息图零级斑和共轭像的消除方法，其特征在于包括以下步骤：

1|)记录被测物体的同轴全息图光强，同时分别记录参考光光强和物光光强；

2)用同轴全息图光强减去参考光光强和物光光强，得到去除零级斑的全息图；

3)将步骤2)得到的全息图分为四个区域；

4)分别对各区域进行傅立叶变换，得到各自对应的空间频谱；

5)在由步骤4)得到的空间频谱中滤除物光空间频谱，得到物光共轭空间频谱；

6)将由步骤5)得到的四个区域的物光共轭空间频谱进行叠加，得到物光的完整共轭空间频谱；

7)将由步骤6)得到的物光共轭空间频谱进行逆傅立叶变换，得到全息面上的物光复振幅分布；

8)根据全息图的类型，利用由步骤7)得到的物光复振幅分布进行数字再现，得到被测物体再现像的复振幅分布。

基于分区计算的数字全息图零级斑和共轭像的消除方法，其特征在于包括以下步骤：

1|)记录被测物体的同轴全息图光强，同时分别记录参考光光强和物光光强；

2)用同轴全息图光强减去参考光光强和物光光强，得到去除零级斑的全息图；

3)将步骤2)得到的全息图分为四个区域；

4)分别对各区域进行傅立叶变换，得到各自对应的空间频谱；

5)在由步骤4)得到的空间频谱中滤除物光空间频谱，得到物光共轭空间频谱；

6)将由步骤5)得到的四个区域的物光共轭空间频谱进行逆傅立叶变换，得到各自在全息面上的物光复振幅分布；

7)将由步骤6)得到的四个区域的物光复振幅分布进行叠加，得到全息面上完整的物光复振幅分布；

8)根据全息图的类型，利用由步骤7)得到的物光复振幅分布进行数字再现，得到被测物体再现像的复振幅分布。

所述步骤3)的分区方法为：以全息图水平和垂直方向的中心线为界分为左上、右上、左下和右下四个区域。

所述步骤1)中通过开关快门，记录被测物体的全息图光强、参考光光强和物光光强，无相移装置。

所述步骤5)可变换为滤除物光共轭空间频谱，得到物光空间频谱，然后对物光空间频谱进行如步骤6)、步骤7)、步骤8)的适应性后期处理，同样能得到被测物体再现像的复振幅分布。