基于相位解包裹算法的数字全息三维成像研究(4)

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(1) 卷积再现方法。其特点是物场的每一断层分布函数是全息图强度分布函数与传播函数的共轭的卷积。算法简单，但至少要进行三次傅里叶变换才能分层再现三维物场；

(2) 相位恢复算法。该算法是一种在强度数据约束条件下的迭代算法，它能够从全息图中提取出物场的相位信息，消除零级光和共轭像，因此再现像成像质量较高。但此算法只适用于平面物体，对三维立体物体难以实现重现；文献综述

(3) 菲涅耳变换法。菲涅耳变换法是Schnars和Juptner等人数值再现离轴全息图时提出的。此算法以菲涅耳衍射积分公式为基础，数值模拟了光学全息的再现过程。然后，根据内奎斯特采样定理对菲涅耳积分进行离散化，并作快速傅里叶变换获得再现物光波的复振幅函数。此算法需要对全息图进行数字相减或带通滤波等处理以消除零级光和共扼像；

(4) 相移法。相移法是Yamaguchi等人首先提出用以再现同轴全息图的。此算法需要分别记录参考光的相位为0、、和时的四张全息图，以此提取出物光波的相位分布；

(5) 波长扫描数字干涉全息术。波长扫描数字干涉全息术是利用波长扫描原理，将由不同波长的照明光记录的数字全息图根据菲涅耳衍射原理分别进行数值再现。其中，再现照明光的波长与记录时的照明光波长一致，然后将再现图像组合在一起，于是就形成了物体的断层扫描图像。波长扫描数字干涉全息术计算的是三维傅里叶变换，变换空间包括空间的x、y轴和波长轴 [ ]。

需要注意的是，以上每一种再现方法都不是孤立的，而是要与其记录光路相对应。研究者们研究的主要方向就是研究相对应记录光路的效率最高的再现算法。

近年来数字全息技术发展迅速，其理论基础日趋完善；并广泛应用于三维形貌测量、振动测量、全息显微术、材料泊松比的测量、三维目标识别等多种领域，备受人们关注。对数字全息术的研究，国外起步较早。这些研究主要集中在提高测量成像系统的分辨率、解包裹算法、图像的去噪、去畸变等方面。1992年，Haddad[ ]利用数字全息显微技术在波长为514.5nm相干照明光下获得了1.4um的分辨率。E. Cuche等[ , , ]人利用一张菲涅耳全息图，通过数值再现，提取到了相位信息和振幅信息，并获得了10nm的轴向分辨率和微米量级的横向分辨率。D. Dirksen等[ ]人利用无透镜傅里叶变换全息图，再现了类似心脏膜瓣的湿滑、不稳定的表面。M Kim等人利用波长扫描数字干涉全息术获得了生物组织的断层扫描图像[ , ]。

国内数字全息的研究起步较晚，主要致力于数字全息成像理论、提高数字图像分辨率、解包裹算法、去噪、去畸变的算法等研究。上海光机所徐至展等人对X射线全息图与电子波全息图进行数字全息再现[ - ]。西安光机所的陈国夫等人研究了飞秒数字全息术[ ]。来!自~751论-文|网www.751com.cn

数字全息不仅对可见光有效，而且对其他电磁波段、声波、电子波等都有效。在数字全息中，再现照明光波长是由程序控制的，因此就可以将电子波、声波、电磁波等的全息图用可见光数值再现；然后用计算机进行处理使再现像以图像的形式在屏幕上显示。这样就将可见光的全息术扩展到其他波段，甚至声波、电子波等，极大的促进了全息术的发展和应用。

当然，数字全息术目前在技术上依然有极大的困难。现有的光电成像器件CCD的分辨率依然远远低于传统的感光干板的分辨率。例如，常用的感光板银盐干板的分辨率可以达到5000lp/mm，可记录全息图的物参夹角为0~180o。而CCD的分辨率只有约为100lp/mm左右，物参夹角也很小。另外，CCD靶面的尺寸有限，影响了视场的大小和再现像的清晰度。