[发明专利]一种消除红外数字全息零级衍射的方法

说明书

本发明公开了一种消除红外数字全息零级衍射的方法，包括以下步骤：获取原始全息图；对原始全息图进行FFT以获取原始全息图的频率和相位信息；采用高斯核函数和相位补偿因子对原始全息图的频率、相位信息进行滤波处理以去除零级衍射；对滤波处理获得的频率、相位信息进行FFT逆变换后，重建得到还原的目标图像。本发明的方法只需要采集到一帧全息图即可以完成计算，在连续视频拍摄时不会出现丢帧、漏帧现象，不会造成重建对比度的降低，由于该方法是在红外数字全息术的单发方式下工作的，而且不需要特殊的光学器件或设备。本发明方法简单、实用性强，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种消除红外数字全息零级衍射的方法，属于数字全息技术领域。

背景技术

数字全息技术是古德曼和劳伦斯于1967年发明的。数字全息术的基本原理是用电子装置代替普通的照相板记录全息图，并用数字计算重新显示被记录的物体。数字全息技术在许多科学研究中(例如小尺度三维测量、显微检验、监测、颗粒测量等)，都得到了极大的改进和应用。然而，零级衍射是一个位于全息图中心的大亮点，降低了被记录物再现的细节。因此，消除零级衍射是提高再现全息图对比度的关键。

如何消除零级衍射一直是研究的热点，目前消除零级衍射最常用的方法有以下几类：

1.相移法，通过改变记录相位来记录一个或多个全息图，相移法需要特殊的实验装置，并且在调整设置上耗费太多时间，相移法在静态测量中表现良好，但在动态测量中表现不佳。

2.空间滤波方法，先对全息图进行快速傅里叶变换(FFT)，得到全息图的空间频率分布，然后利用特定的滤波窗口同时识别出共轭像和零级衍射，最后用滤波后的光谱重建出目标。但空间滤波法仍有一定的局限性：例如，不同的目标具有不同的光谱分布，为了适应目标的光谱，必须选择合适的滤波窗口大小和形状，否则会降低重建过程的质量，会导致共轭像(即目标)在重建时出现频率缺失，这样的缺失则会导致目标重建时不是缺少对比度亮度，就是缺少清晰度和细节。另外，过滤器窗口必须最大限度地包含对象的所有信息，对于所有记录的全息图，很难找到一个通用的滤波窗口，如果滤波窗口不够合适，零级衍射就不能消除。

3.平均法，平均法试图通过计算捕获装置每个像素的平均值，直接减去全息图的直流分量来消除零级衍射。然而，此方法只适用于参考波振幅分布均匀的情况。此外，减法会导致真实图像重建的振幅降低，从而降低图像的对比度。

近年来，由于红外数字全息术更易应用于工业领域，拓宽了数字全息术的应用范围，因而逐渐得到国内外学者的广泛关注和研究。然而，红外数字全息术也存在零级衍射效应的问题，而且在红外数字全息术中，要消除零级衍射比普通数字全息术的影响因素更为复杂。例如，热像仪或微测辐射热计的像素分辨率比普通的CCD或CMOS器件低；由于激光光源的红外数字全息术波长较长，所以记录的物体比普通数字全息术中使用的物体要大得多。红外数字全息图的空间带宽积不足以完全滤除，零级衍射往往与真实像和共轭像重叠，更加难以消除。因此，需要设计一种能够高效的、测量动态情况下、通用性较高的消除红外数字全息零级衍射的方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的消除红外数字全息零级衍射的方法效率低不足，提供一种消除红外数字全息零级衍射的方法，技术方案如下：

一种消除红外数字全息零级衍射的方法，包括以下步骤：

获取原始全息图；

对原始全息图进行FFT以获取原始全息图的频率和相位信息；

采用高斯核函数和相位补偿因子对原始全息图的频率、相位信息进行滤波处理以去除零级衍射；

对滤波处理获得的频率、相位信息进行FFT逆变换后，重建得到还原的目标图像。

进一步地，还包括根据菲涅耳衍射，可以将物光波在XY平面上的实际振幅O(x,y)分布计算为公式：