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基于横向剪切干涉原理的散斑降噪算法研究

作　者: 林超
导　师: 钱晓凡
学　校: 昆明理工大学
专　业: 光学
关键词: 全息干涉计量相位解包裹散斑降噪横向剪切干涉剪切量液晶空间光调制器
分类号: TN911.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

全息术不仅能记录和再现光场的振幅,而且在记录和再现光场相位方面具有独特优势,因此在全息术中获取光场相位信息是其重要优势之一。然而实验获得的光场相位一般都是包裹着的,需要通过相位解包裹才能得到实际的连续相位。由于各种噪声特别是散斑噪声给相位解包裹带来困难,为了正确和高精度地求解相位,在相位解包裹前通常都需要进行降噪处理。降噪处理可以在空域、频域以及小波域完成,在光场相位空间变化频率不高情况下,传统降噪算法都能取得不错降噪效果；当光场相位空间变化频率较高时,噪声和相位的空间变化频率都很高,两者混叠在一起很难分离,传统降噪算法在滤除噪声的同时会滤掉过多相位信息,甚至产生干涉条纹断裂,最终导致相位解包裹失败。故有必要研究新的降噪算法,以解决传统降噪算法在光场相位空间变化频率较高时的不足。对此课题组将横向剪切干涉原理引入到降噪中,降低了相位的空间变化频率,使噪声和相位在空间变化频率上得到了很好的分离,从而降低了降噪难度,并取得了不错的降噪效果。本文将在此基础上,重点探讨剪切量选择对基于横向剪切干涉原理降噪算法的影响,以及在横向剪切干涉的基础上比较不同降噪算法的效果。为实际验证基于横向剪切干涉原理下不同降噪算法的效果,探究了用液晶空间光调制器(LC-SLM)模拟散斑噪声的实验方法,并提出了利用全息干涉计量原理和数字全启、变焦系统测量LC-SLM相位调制特性的新方法。所研究内容,在理论分析的基础上进行了相关的模拟计算和实验验证,得到了一些有益的结论：横向剪切干涉原理的引入,确实能较好地在相位解包裹中解决光场相位空间变化频率较高带来的降噪难题；剪切量的选择将影响理想剪切光场相位(不含噪声)与剪切光场相位(含噪声)的线性相关性,选择剪切光场相位不出现包裹的最大剪切量,将在最大程度上降低新算法的降噪难度；在横向剪切的基础上采用小波降噪算法能获得比其他算法更好的降噪效果：所提出测量LC-SLM相位调制特性曲线的新方法具有系统简单、可以消除系统误差和快速的优点,同时用LC-SLM模拟散斑噪声具有可行性。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-7
目录  7-9
第一章绪论  9-14
  1.1 课题研究背景及目的  9-10
    1.1.1 课题研究背景  9-10
    1.1.2 课题研究目的  10
  1.2 国内外散斑降噪算法研究现状  10-13
    1.2.1 空域降噪算法  10-11
    1.2.2 频域降噪算法  11-12
    1.2.3 小波域降噪算法  12-13
  1.3 论文主要研究内容和结构  13-14
    1.3.1 主要研究内容  13
    1.3.2 论文结构  13-14
第二章理论基础  14-31
  2.1 数字全息的基本原理  14-20
    2.1.1 数字全息的记录与再现  14-15
    2.1.2 散斑产生的原因及其统计性质  15-18
    2.1.3 数字全息干涉计量中获得高质量包裹相位方法  18-20
  2.2 噪声模型与降噪效果评价  20-24
    2.2.1 噪声模型  20-23
    2.2.2 降噪效果评价  23-24
  2.3 常用的传统降噪算法  24-30
    2.3.1 常用空域降噪算法  24-26
    2.3.2 常用频域降噪算法  26-28
    2.3.3 常用小波域降噪算法  28-30
  2.4 本章小结  30-31
第三章利用液晶空间光调制器模拟噪声实验探究  31-41
  3.1 测量LC-SLM相位调制特性的常用方法  31
  3.2 利用数字全息变焦系统测量LC-SLM相位调制特性  31-36
    3.2.1 LC-SLM相位调制特性  31-33
    3.2.2 数字全息变焦系统原理  33
    3.2.3 相位调制特性测量实验  33-36
  3.3 LC-SLM模拟噪声实验研究  36-40
    3.3.1 实验原理及光路  36-37
    3.3.2 噪声模拟结果及分析  37-40
  3.4 本章小结  40-41
第四章基于横向剪切干涉原理的散斑降噪算法研究  41-68
  4.1 基于横向剪切干涉原理的散斑降噪算法  41-49
    4.1.1 利用横向剪切干涉分离噪声的原理  41-42
    4.1.2 基于横向剪切干涉原理的散斑降噪算法模拟计算  42-47
    4.1.3 基于横向剪切干涉原理的散斑降噪算法实验验证  47-49
  4.2 基于横向剪切干涉原理的散斑降噪算法中最佳剪切量选取研究  49-54
    4.2.1 剪切量选择对降噪效果的影响  49
    4.2.2 剪切量选取对降噪效果影响模拟计算  49-52
    4.2.3 剪切量选取对降噪效果影响实验验证  52-54
  4.3 基于横向剪切干涉原理的降噪算法比较  54-60
    4.3.1 模拟计算基于横向剪切干涉原理的不同降噪算法效果比较  54-57
    4.3.2 模拟计算噪声类型对基于横向剪切干涉原理的降噪算法效果影响  57-58
    4.3.3 实验比较在横向剪切干涉的基础上不同降噪算法降噪效果  58-60
  4.4 基于横向剪切干涉原理的散斑噪声降噪软件  60-66
    4.4.1 软件概述  60
    4.4.2 软件使用说明  60-63
    4.4.3 软件操作举例  63-66
    4.4.4 快捷操作命令  66
  4.5 本章小结  66-68
第五章论文工作总结与展望  68-69
  5.1 论文工作总结  68
  5.2 今后工作展望  68-69
致谢  69-70
参考文献  70-77
攻读硕士期间发表论文目录  77

基于横向剪切干涉原理的散斑降噪算法研究

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