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数字全息显微中的高精度位相重建算法及实验研究

作　者: 刘飞飞
导　师: 王华英
学　校: 河北工程大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 数字全息显微术位相测量位相解包裹位相畸变补偿
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

数字全息术是一种全新的成像与测量技术，是光学、光电技术以及计算机技术的高度融合。数字全息显微术作为数字全息术中一个重要的应用领域，不仅具有非接触、无损伤、全视场、处理灵活、存储方便等优点，还能同时获得三维微结构定量的强度及位相分布，成为近年来一种重要的显微成像技术，具有广泛的应用前景。但目前该技术还存在位相重建精度不够高、速度慢等问题，主要体现在成像分辨率偏低、再现像质不够理想和位相畸变补偿不彻底等方面。因此，本文的主要目的是解决该技术现存的关键问题。本论文主要对数字全息显微术中高精度相重建算法进行了研究，分别利用理论分析、计算机模拟和实验研究的方法，在数字全息显微术的重建算法、系统分辨率探究、高精度位相重建算法及对不同样品的成像中得到了一系列的结果，下面逐条进行说明：1.首先分析了数字全息显微术的记录和再现过程,介绍了其中的三种再现算法，并对这三种算法的特点及适用范围进行了分析。2.主要研究了提高系统成像质量的方法：首先将预放大数字全息显微系统按照CCD所处位置的不同，将其分为六种记录系统，并对这六种系统的成像分辨率、成像像质及实现的难易程度等进行了理论与实验研究，得出像面数字全息术是一种优化的成像系统。然后将该系统与基于环形光锥的超分辨率技术结合，通过对该系统点扩散函数的分析及计算机模拟验证，得出采用环形空心光锥照明可以提高数字全息显微系统系统的成像分辨率。3.主要分析了高精度位相重建算法中几个关键技术：首先对基于同态信号处理技术的准实时非线性重建算法进行了研究，并进行了计算机模拟和实验验证，结果均表明：新算法具有更高的重建速度和精度。然后分析比较了几种比较经典的位相解包裹算法，对近年来比较常用的两步相减位相畸变矫正算法和位相补偿算法的原理和适用范围进行了分析，并对自动位相补偿算法进行了改进，改进的算法具备了较强的抗噪能力，以上分析均进行了实验验证。4.将以上算法应用到不同的数字全息显微成像系统和生物细胞的位相测量中，通过对生物细胞位相测量的实验研究，得出了等曲率物光与参考光像面数字全息显微术的优越性及该系统的对显微应用的价值所在。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-18
  1.1 微结构位相成像的意义和方法  10-11
  1.2 数字全息显微术的特点及研究现状  11-16
    1.2.1 数字全息显微术的特点  11
    1.2.2 数字全息显微术的国内外研究现状  11-16
  1.3 数字全息显微术存在的核心问题  16
  1.4 本论文的研究目的及研究的主要内容  16-18
第2章数字全息显微术的基本原理  18-26
  2.1 数字全息显微术的记录和再现  18-21
    2.1.1 数字全息显微术的记录过程  18-19
    2.1.2 数字全息显微术的再现过程  19-21
  2.2 数字全息显微术的再现算法  21-24
    2.2.1 菲涅耳变换算法  22
    2.2.2 卷积重建算法  22-23
    2.2.3 角谱重建算法  23-24
  2.3 数字全息显微术位相信息的获取  24-25
  2.4 本章小结  25-26
第3章数字全息显微术高质量成像方法的研究  26-44
  3.1 数字全息显微系统成像特性分析及实验研究  26-39
    3.1.1 数字全息显微系统成像分辨率分析  26-33
      3.1.1.1 像前预放大数字全息显微成像系统分辨率分析  26-30
      3.1.1.2 像后预放大数字全息显微成像系统分辨率分析  30-31
      3.1.1.3 像面数字全息显微成像系统分辨率分析  31-33
    3.1.2 数字全息显微系统成像特点分析  33-34
    3.1.3 实验验证  34-39
  3.2 优化系统结构提高再现像的分辨率  39-43
    3.2.1 基于环形空心光锥照明的数字全息超分辨率成像技术  39-42
    3.2.2 计算机模拟  42-43
  3.3 本章小结  43-44
第4章数字全息显微中的高精度位相重建算法研究  44-64
  4.1 消除零级干扰项的实时高精度重建算法研究  44-52
    4.1.1 基于同态信号处理技术的数字全息非线性重建算法  44-46
    4.1.2 计算机模拟  46-49
    4.1.3 实验研究  49-52
  4.2 位相解包裹算法  52-58
    4.2.1 位相解包裹算法的基本原理  52-53
    4.2.2 位相解包裹算法的分析及实验  53-58
  4.3 位相畸变补偿算法  58-63
    4.3.1 两步相减位相畸变补偿法  58-60
    4.3.2 自动位相补偿算法  60-61
    4.3.3 实验研究  61-63
  4.4 本章小结  63-64
第五章数字全息显微术在生物细胞形貌检测中的应用  64-72
  5.1 数字全息显微系统对静态生物细胞的位相重建  64-68
    5.1.1 预放大数字全息显微系统下静态细胞的位相重建  64-66
    5.1.2 像面数字全息显微系统下静态细胞的位相重建  66-68
  5.2 数字全息显微系统对生物活细胞的位相测量及动态检测  68-71
    5.2.1 立式像面数字全息光路的搭建  68-69
    5.2.2 活体细胞的位相测量  69-71
  5.3 本章小结  71-72
结论  72-73
致谢  73-74
参考文献  74-80
作者简介  80-81
攻读硕士学位期间发表的论文和科研成果  81-82

数字全息显微中的高精度位相重建算法及实验研究

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