检索结果-内蒙古大学图书馆

中国激光 2010年第11期37卷 2901-2905页

作者：丁鹤平朱竹青孙敏王晓雷周延怀南京师范大学物理科学与技术学院光电技术江苏省重点实验室江苏南京210046 南京理工大学理学院江苏南京210094 南开大学现代光学研究所光电信息技术科学教育部重点实验室天津300071

研究了一种利用图形处理单元(GPU)加速数字全息图再现的算法。该算法充分利用GPU强大的并行计算能力,有效地缩短了数字全息图再现时间。比较了GPU加速运算和中央处理器(CPU)独立运算两种模式下,两种不同尺寸的数字全息图再现时间。结果... 详细信息

研究了一种利用图形处理单元(GPU)加速数字全息图再现的算法。该算法充分利用GPU强大的并行计算能力,有效地缩短了数字全息图再现时间。比较了GPU加速运算和中央处理器(CPU)独立运算两种模式下,两种不同尺寸的数字全息图再现时间。结果表明,对于大小为2048 pixel×2048 pixel的数字全息图,GPU算法的再现时间可缩短至约1/15。利用该算法编写了易操作的通用软件。在高配置主机和高性能GPU硬件环境下,该软件不仅能够满足诸如数字全息显示、数字全息显微等系统实时功能的要求,还能够指导数字全息实验系统的快速搭建。

关键词：全息再现算法向量化循环图形处理单元并行计算

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粒子场数字全息诊断中的再现算法研究

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应用光学 2010年第6期31卷 969-973页

作者：徐青曹娜黑东炜曹亮马继明张占宏韩长材雷岚西北核技术研究所陕西西安710024

粒子场的数字全息诊断中,良好的再现算法能够在较短的时间内给出高质量的再现像。利用标准粒子板模拟单层面的粒子场,使用大面阵CCD实现同轴数字全息记录,得到了大尺寸的数字全息图。针对4种数字全息再现算法,本文从再现图像的质量、再... 详细信息

粒子场的数字全息诊断中,良好的再现算法能够在较短的时间内给出高质量的再现像。利用标准粒子板模拟单层面的粒子场,使用大面阵CCD实现同轴数字全息记录,得到了大尺寸的数字全息图。针对4种数字全息再现算法,本文从再现图像的质量、再现全息图的大小和计算速度3个主要方面进行了比较研究,结果表明角谱算法(FFT-AS)具有再现图像背景均匀,再现结果中无物理图像压缩,可以再现大尺寸的全息图且具有较快计算速度的优点,适合于粒子场同轴数字全息图的再现计算。

关键词：数字全息衍射计算再现算法粒子场

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数字全息图记录及再现算法的研究

数字全息图记录及再现算法的研究

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作者：叶春玲哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

数字全息术是在传统光学全息基础上,结合电子技术、计算机技术以及图像处理技术发展起来的一种新型全息技术。它以CCD等光电耦合器件取代传统的干版记录全息图,并由计算机以数字的形式对全息图进行再现。数字全息可以很方便地加入数学... 详细信息

数字全息术是在传统光学全息基础上,结合电子技术、计算机技术以及图像处理技术发展起来的一种新型全息技术。它以CCD等光电耦合器件取代传统的干版记录全息图,并由计算机以数字的形式对全息图进行再现。数字全息可以很方便地加入数学处理方法,曝光时间短,没有湿处理过程,因而可以实时进行图像的获取和处理。本论文从理论和实验两方面对数字全息图的记录与再现进行了研究。在衍射理论基础上详细推导了三种再现算法(菲涅耳积分变换法、卷积法、傅立叶变换法)的数学表示。根据算法的离散数学表示编制相应的算法程序。运行程序模拟了数字全息图的生成与再现。根据频谱分离条件及抽样定理,分析计算了菲涅耳离轴数字全息中物光和参考光夹角取值范围、CCD可记录的最大物体尺寸以及最小记录距离,讨论了记录距离与再现像分辨率之间的关系问题。结果表明采用菲涅耳积分变换法和傅立叶变换法再现时,其再现像的分辨率和空间带宽积随记录距离增大而降低,而采用卷积法再现时,其再现像的分辨率及其空间带宽积都不随记录距离改变而改变。实验上记录了菲涅耳离轴数字全息图和无透镜傅立叶变换全息图,并分别用菲涅耳积分变换法,卷积法及傅立叶变换法再现原图像,结果与理论分析一致。

关键词：数字全息图记录条件再现算法

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近距离数字全息及再现算法的研究

近距离数字全息及再现算法的研究

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作者：陈利平华南师范大学

学位级别：硕士

数字全息成像技术用电荷耦合器件CCD或其他图像传感器件代替传统全息材料记录全息图，用计算机模拟衍射过程来实现所记录全息图的数字再现，实现了全息图的记录、存储和再现过程的全数字化。随着近些年计算机技术的成熟和高品质CCD的出... 详细信息

数字全息成像技术用电荷耦合器件CCD或其他图像传感器件代替传统全息材料记录全息图，用计算机模拟衍射过程来实现所记录全息图的数字再现，实现了全息图的记录、存储和再现过程的全数字化。随着近些年计算机技术的成熟和高品质CCD的出现，数字全息技术已在众多领域取得了研究进展，这些领域涵盖了物体形貌测量、微电路检测、粒子场测量、生物细胞观测、数字水印、变形和振动测量，以及构件缺陷检测等，但在同时也暴露了它的一个关键缺点—较低的分辨率。这是由于当前CCD的记录面积小、像素尺寸大，限制了对物体高频衍射信息的记录，因此使再现物体分辨率难以提高。针对这一问题，本文采用缩短记录距离的方法来提高全息图对物体高频衍射信息的记录；另外，由于通常的远记录距离情况下的再现算法不再适合近距离全息图再现，本文在近距离数字全息再现算法研究上也做了一定的研究工作。主要内容和研究结果有：\n 1）对已有的数字全息技术及近距离数字全息等内容进行了综述。\n 2）在介绍数字全息记录及再现原理基础上，对影响数字全息再现分辨率的主要因素进行了分析并对当前提高分辨率的三种技术，即成像数字全息、合成孔径数字全息、近距离数字全息分别进行了介绍。\n 3）对近距离记录光路进行了分析，得出同轴无透镜傅里叶变换光路结构最适合近距离数字全息图的记录。\n 4）在课题组相移同轴无透镜傅里叶变换全息技术和近距离数字全息技术基础上，通过精心设计和调试实验系统，成功地使记录距离缩短到24mm，对应的数值孔径达到NA=0．12。\n 5）用菲涅尔—基尔霍夫衍射公式，运用卷积的傅里叶变换性质和快速傅里叶变换（FFT）算法，通过对再现光场频域补零方法，得到了高质量的再现像。将所用方法得到的结果与用近似算法得到的结果进行了比较。

关键词：数字全息成像傅里叶变换数值孔径电荷耦合器件CCD 图像传感器全息材料记录存储再现算法

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数字全息显微测量再现算法比较研究

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仪器与设备 2017年第2期5卷 29-37页

作者：李明洲程佳欣王红军西安工业大学光电工程学院陕西西安

数字全息显微测量技术是结合光学全息术、计算机技术以及光电成像技术并且逐渐发展而来的一种全新的成像技术,通过计算机处理得到三维结构及其各个测量指标的一种测量检测方式,是检测显微样本微观结构的重要方法,能够测量出所需要的各... 详细信息

数字全息显微测量技术是结合光学全息术、计算机技术以及光电成像技术并且逐渐发展而来的一种全新的成像技术,通过计算机处理得到三维结构及其各个测量指标的一种测量检测方式,是检测显微样本微观结构的重要方法,能够测量出所需要的各项观测指标。文中采用菲涅耳近似再现算法与卷积再现算法实现了数字全息图的再现,通过对微器件进行检测,验证了该方法用于微器件几何参数测量的可行性和有效性。

关键词：数字全息显微测量再现算法

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数字全息测量微结构表面形貌算法研究

数字全息测量微结构表面形貌算法研究

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作者：邹惠莹哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

随着微结构的加工技术的发展，微结构表面形貌测量的要求越来越高，各种测量方法不断推陈出新，微结构表面形貌的测量倍受关注。数字全息技术是随着现代集成技术的不断进步而发展起来的，是光学与数字技术相结合的产物。数字全息技术不... 详细信息

随着微结构的加工技术的发展，微结构表面形貌测量的要求越来越高，各种测量方法不断推陈出新，微结构表面形貌的测量倍受关注。数字全息技术是随着现代集成技术的不断进步而发展起来的，是光学与数字技术相结合的产物。数字全息技术不同于光学全息技术的是，它采用电荷耦合器件代替了全息干板，能够存储物体的振幅信息和相位信息，且再现过程完全在计算机中进行，可对物体的三维形貌和相位做精确分析。数字全息灵活性强，全程数字化，非接触无损伤的特点使得其应用范围十分广泛。本文主要对数字全息用于测量微结构表面形貌的算法进行研究，包括三种再现算法，频谱滤波方法，自聚焦算法，相位畸变补偿算法，同时对相位解包裹算法进行了研究，并借助MATLAB编程对所研究的算法进行仿真，其主要内容有： (1)对数字全息记录和再现过程的基本原理及数字全息显微成像中常用的两种光路进行分析；重点研究数字全息用于结构测量的基本原理，推导数字全息术的记录条件，并仿真得到不同记录条件及不同再现算法下的再现像，比较各个再现像的清晰度； (2)推导数字全息分辨率的表达形式，分析几种消除零级像和共轭像的方法，并进行比较；对离轴数字全息的自聚焦问题进行模拟，通过分析比较四种算法的聚焦评价函数，利用傅里叶频谱函数法确定再现距离； (3)研究数字全息的相位解包裹算法，主要对经典的行列逐点解包裹算法及最小二乘解包裹算法进行分析，并对其进行改进，利用MATLAB仿真得到两种不同解包裹算法下的相位图； (4)分析相位畸变补偿的两种算法，并用MATLAB仿真对包裹相位图进行补偿后，再进行解包裹，得到其真实的相位分布。

关键词：数字全息形貌测量再现算法相位解包相位畸变补偿

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微结构相衬成像的数字全息方法研究

微结构相衬成像的数字全息方法研究

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作者：赵洁北京工业大学

学位级别：博士

数字全息是在传统光学全息的基础上,伴随着光电器件和计算机的高速发展,在记录光路和再现算法相对成熟的情况下,快速发展起来的。如今,关于数字全息课题的研究非常活跃,其理论和实验研究还在继续发展,尤其是其应用范围得到了广泛地拓宽... 详细信息

数字全息是在传统光学全息的基础上,伴随着光电器件和计算机的高速发展,在记录光路和再现算法相对成熟的情况下,快速发展起来的。如今,关于数字全息课题的研究非常活跃,其理论和实验研究还在继续发展,尤其是其应用范围得到了广泛地拓宽。数字全息采用光电器件来记录全息图,在计算机中实现全息图的再现过程,使数字全息具有极大的灵活性,除了具有传统光学全息的全视场、非接触、无损伤、能够同时获得物体的振幅和相位信息等特点,还具有再现简单、处理灵活、定量测量、易于存储等优势。本论文主要研究了微结构相衬成像的数字全息方法,分别在理论和实验上探讨了数字全息记录光路的配置、再现算法的实现、以及针对不同样品的显微成像,得到了一系列理论和实验上的成果,下面将逐条进行说明: 1、研究了数字全息的再现算法,分析了三种常用衍射传播算法的性质,分别是卷积法、角谱法和菲涅耳法,从全息图的再现质量、效率和与实验参数之间的关系进行了详细的分析。研究表明,卷积法和角谱法都存在一个最佳的再现距离,只有在该距离下再现的图像才具有最佳的分辨率和质量,而大于最佳再现距离,则需要对全息图或频谱图进行一定的补偿才能避免图像折叠。菲涅耳法只需要一次傅里叶变换,且在我们的实验条件下,图像质量和分辨率不逊色于卷积法和角谱法,是比较理想的再现算法。对于相位像中存在的畸变,采用两步法进行矫正,并用最小二乘法完成相位解包裹过程。这些理论上的准备对指导实验起到了必不可少关键作用。 2、研究了数字全息的记录光路。首先选用了光路结构和再现算法都非常简捷的无透镜傅里叶变换数字全息光路,对实验条件进行了合理的选择,并分别以美国空军(USAF)分辨率板、微透镜阵列、生物教学样片和活体生物细胞为样品进行了成像研究,并得到了定量的测量结果,虽然分辨率只能达到3.1m,但对于我们要研究的结构是足够的;然后,为了进一步提高系统可实现的横向分辨率,更清楚地观察生物样品的内在结构,我们又采用预放大离轴菲涅耳数字全息光路,分别以USAF分辨率板、生物教学样片和活体生物细胞进行了成像研究,此时的分辨率达到了亚微米的量级,可以比较清晰地看到单个细胞的形貌。这些重要的实验结果,表明数字全息为微结构测量提供了一种全新的测量方法,尤其是对生物细胞形态变化的观察可用于获取细胞动态特性、细胞间的相互作用以及细胞对药物的反应等信息,期望为早期医学诊断和药物设计等提供一定的分析评价依据。 3、研究了数字全息再现中针对相位型物体的自动聚焦方法。针对无透镜傅里叶变换数字全息光路和预放大离轴菲涅耳数字全息光路,分析了其存在的自动聚焦问题,即如何得到聚焦的再现像,这其中涉及到再现距离的精确确定。通过在再现结果上应用判据函数,判据函数极值对应的位置即为聚焦的再现距离。通常,判据函数是应用于再现振幅像上的,对于相位型物体,判据函数的最小值即对应聚焦再现距离;这里,我们提出把判据函数直接应用于相位像上,发现与应用于振幅像得到的再现距离是有差别的,而我们的方法显然更为准确和直接。实验中,我们首先利用标准相位光栅来验证我们的思路,继而用生物细胞的结果为我们思路的正确性提供了进一步的佐证。 4、研究了同轴数字全息中共轭项的消除问题,这里提出了混合相位复原算法来对同轴数字全息再现结果中的共轭项进行消除,使用物体的吸收系数作为限制条件,并结合相位反转法,对形状简单的物体实现了很好的复原效果,消除了共轭项的影响。研究表明,对于简单物体,相位反转法可以提高复原效率,而对于形状比较复杂的物体,相位反转法可以帮助找到物体的支集。对于支集分布已知的物体,应用Fienup算法就可以进一步复原物体的信息。这种把相位反转法和Fienup算法相结合的算法,我们称之为混合的相位复原算法,模拟和实验结果都验证了这种算法的可靠性和准确性,有理由相信会成为一种有效的共轭项消除方法得到广泛的应用。

关键词：数字全息相衬成像再现算法共轭像生物细胞

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数字全息成像特性研究

数字全息成像特性研究

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作者：窦德召华南师范大学

学位级别：硕士

数字全息术是一种光学全息、计算机处理和电子图像记录相结合的新型成像技术，具有数字化处理、位相场的定量分析和实时性的显著优点，己成为光信息处理领域的一个研究热点。本文从理论、计算机仿真和实验等三方面对数字全息成像特... 详细信息

数字全息术是一种光学全息、计算机处理和电子图像记录相结合的新型成像技术，具有数字化处理、位相场的定量分析和实时性的显著优点，己成为光信息处理领域的一个研究热点。本文从理论、计算机仿真和实验等三方面对数字全息成像特性进行了深入研究。主要内容包括: (1)从理论上详细阐述了数字全息图记录与再现的基本原理和相关新特性。着重讨论了CCD参数对所能记录物体的最大尺寸、物光和参考光夹角以及物体和全息图之间记录距离的限制，并比较了数字全息和光学全息再现像分离条件的不同性。 (2)对透明物场和反射物场的菲涅尔全息、无透镜傅立叶变换全息和分数傅立叶变换全息进行了实验研究。利用Matlab语言编写了相应的程序，对实验记录的全息图进行了数值处理，清晰再现出了物场。对同轴相移数字全息方法进行了计算机仿真研究。记录了多层面物体的菲涅尔全息图并用卷积法再现出物场。提出从几何成像的角度通过数值模拟菲涅尔衍射的方法再现出分数傅立叶变换数字全息图的物场。对这几种不同全息记录方式的成像特点作了对比分析。 (3)推导了菲涅尔全息、无透镜傅立叶变换全息和傅立叶变换全息记录系统的空间带宽积，并作了对比分析，这些结果为有效利用CCD的有限带宽提供了有益的参考。 (4)基于实验结果比较和分析了平均值相减、HRO、和频谱滤波等方法在消除全息图0级衍射项和孪生像，提高再现像信噪比方面的作用。分析了数字再现像产生畸变的原因，并成功消除了畸变还原了再现像。

关键词：数字全息术数值再现再现算法菲涅耳变换数字图像处理空间带宽积

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基于GPU的粒子场全息再现技术研究

基于GPU的粒子场全息再现技术研究

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作者：赵莹莹哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

随着科技的发展,在喷雾、医疗、环保、燃料燃烧、石油、冶金、材料、航天航空等涉及到粒子材料的领域经常需要测量粒子的形状和大小等信息,粒子场测量对工业生产,人类日常生活需求都有重要的研究意义。现有的传统光学全息技术化学处理... 详细信息

随着科技的发展,在喷雾、医疗、环保、燃料燃烧、石油、冶金、材料、航天航空等涉及到粒子材料的领域经常需要测量粒子的形状和大小等信息,粒子场测量对工业生产,人类日常生活需求都有重要的研究意义。现有的传统光学全息技术化学处理时间长,全息图再现过程复杂,因此,本课题利用数字全息将传统光学全息与数字图像处理技术相结合,在计算机中对全息图像进行再现处理的优势,结合GPU的并行加速算法的特点,来实现实时、高效的粒子场重建目的。本课题的研究工作主要围绕以下几点内容展开:1.在分析粒子场全息技术基本原理的基础上,详细探讨了粒子场全息术波前记录和波前再现的系统光路图和基本原理,并以光衍射理论为基础,对三种常用的菲涅尔衍射法、卷积法和角谱法全息图像再现算法进行了研究,进而利用该三种再现算法对2D稀疏粒子场和密集粒子场再现进行了仿真分析,证实了课题采用的角谱再现算法存在的优势。2.研究了 GPU上对图像处理的加速算法,其中包括图像的预处理算法、快速傅立叶变换法和相位解包裹算法。为抑制全息图采集过程中噪声对全息图像的影响,采用中值滤波或均值滤波算法来对全息图像进行处理。同时,选择用质量图引导的相位解包裹算法来恢复再现图像的相位信息。通过对每一种算法在CPU和GPU上的实验对比,来证实了 GPU的并行计算方法有效提高了图像的处理速度。最后,用角谱法在GPU上对粒子全息图像进行了再现处理的实验验证,证明了同轴全息粒子场用角谱再现算法在GPU上进行再现处理的可行性和高效性。3.在构建粒子场全息测量实验系统基础上,研究了粒子场测量的整体处理过程,并以虾卵全息图像的再现处理过程为例,通过对全息图像进行预处理后,用角谱再现算法分别对其进行再现处理,将两幅再现像相减,来去除虾卵再现像的背景噪声。实验证明了数字全息技术的再现处理算法具有快速、准确、便于再现等优点。4.研究了全息图像再现处理系统的软件实现平台,运用Visual Studio 2010开发环境和Windows 7操作系统开发了一套用于光学图像处理的实验程序,并设计了人机交互界面,方便全息图像的预处理及再现处理。

关键词：数字全息粒子场测量再现算法预处理 GPU

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多幅数字全息技术的研究

多幅数字全息技术的研究

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作者：潘国兵深圳大学

学位级别：硕士

高速摄影是人眼时间分辨能力的延长，能够实现高速过程的空间—时间四维信息的记录和处理分析，是目前形象化研究超快过程即瞬态事件的唯一有力工具。如高压放电现象、激光武器的巨脉冲激光飞片和Z-Pinch爆磁箍缩基础研究等需要亚纳秒... 详细信息

高速摄影是人眼时间分辨能力的延长，能够实现高速过程的空间—时间四维信息的记录和处理分析，是目前形象化研究超快过程即瞬态事件的唯一有力工具。如高压放电现象、激光武器的巨脉冲激光飞片和Z-Pinch爆磁箍缩基础研究等需要亚纳秒的时间分辨率。\n 将高速摄影技术与数字全息技术相结合，利用多幅数字全息技术来实现极高速摄影是一种非常有前景的极高速摄影方式。这种摄影技术不仅再现图像信息丰富，而且利用数字全息响应速度快、无湿处理的优点，实现了全息图的记录、存储、数据处理和再现全过程的数字化和自动化。另外多幅数字全息高速摄影的时间分辨率极高，理论上可以达到1015pps甚至更高，是目前所有报道中摄影频率最高的一种摄影方式。\n 本篇论文分析了数字全息的记录、数据处理、再现算法等；探讨了将数字全息应用于多幅数字全息极高速摄影技术的原理和方法，包括多幅全息的编码方法、频谱分离、数字再现等问题；初步完成了国家自然科学基金项目—光学亚纳秒分幅时间多幅数字图像记录的原理和技术(60477042)中的图形处理、数据再现等的软件编写工作，该系统将可以达到1010pps以上的摄影频率。\n 第三章中通过对菲涅尔数字全息再现算法的分析，提出了通过数字聚焦来提高再现图像分辨率的方法，而且利用该方法还可以控制再现像像素的大小，从而进一步控制再现图像的尺寸。通过模拟实验模拟了该方法的控制过程，取得了预期的效果。在第四章中通过对多幅数字全息记录图频谱的研究，用另外一种方法得出了频谱偏移量与参考光夹角、与参考光波长的关系，并推导出了偏移量的计算公式。最后编写了多幅数字全息极高速摄影的数据处理、分离再现的软件，并使用该软件模拟了多幅数字全息极高速摄影的记录过程，经数字处理成功再现了原待记录图形的多幅图像。该软件可以直接用于《光学亚纳秒分幅时间多幅数字图像记录的原理和技术(60477042)》项目中，来完成多幅数字全息的数据处理和再现工作。

关键词：极高速摄影数字全息技术再现算法多幅全息图频谱高速摄影数据处理

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