自干涉压缩数字全息多维成像研究

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1、中文图书分类号：O438.1密级：公开UDC：535学校代码：10005硕士学位论文MASTERALDISSERTATION论文题目：自干涉压缩数字全息多维成像研究论文作者：吴凡学科：物理学指导教师：万玉红副教授论文提交日期:2016年6月DC：535学校代码：10005中文图书分类号：O438.1学号：S201306055密级：公开北京工业大学理学硕士学位论文题目：自干涉压缩数字全息多维成像特性研究英文题目：INVESTIGATIONONSELF-REFERENCEDCOMPRESSIVEDIGITALHOLOG

2、RAPHICMULTIDIMENSIONALIMAGING论文作者：吴凡学科专业：物理学研究方向：光学信息处理与光通信器件申请学位：理学硕士指导教师：万玉红副教授所在单位：应用数理学院答辩日期：2016年6月授予学位单位：北京工业大学独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已

3、在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：吴凡日期：2016年6月6日关于论文使用授权的说明本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。（保密的论文在解密后应遵守此规定）签名：日期：2016年6月6日导师签名：日期：2016年6月6日摘要摘要自干涉数字全息术采用空间非相干光即可记录全息图。物体上任意两个点之间不具备空间互相干性，而是利用源于同一物点的光被分束后的自相干性而记录

4、点源的全息图，所有点源全息图非相干叠加构成物体的全息图。自干涉数字全息术具备不依赖相干光源，低散斑噪声，三维成像等优点。充分利用照明光源的光谱信息，使用不同波长记录全息图，可以得到物体的光谱信息，或者进行彩色，多种波长荧光成像。但从一个二维全息图重建三维信息或者进行多维成像的过程中，成像系统或成像过程导致的欠采样问题影响了全息图三维重建的质量，甚至不能实现断层重建。压缩感知摆脱了抽样定律对传统图像信号采样的限制，提供了一种从欠采样的探测数据中不失真地恢复原始数据的数学模型。本文结合自干涉数字全息和压缩感知算法的优势

5、，发展一种新型的非扫描多维成像技术。研究压缩数字全息多维成像理论模型，构建在自干涉全息系统下的压缩感知的前向传感模型，明确系统压缩重建条件。利用构建的理论模型，解决了自干涉全息术中从低维观测数据重建高维原始数据问题，同时获得样品的三维空间信息和光谱信息。论文主要研究工作及概括总结如下：1、阐明了压缩数字全息术的基本原理，对压缩菲涅耳数字全息术进行了数值仿真与实验研究，结合恰当的重建算法，实现了从欠采样全息图中恢复完整的物信息。2、研究压缩数字全息的重建条件。从理论上详细分析了待测物的稀疏性及感知矩阵与稀疏矩阵之间的

6、相干性对压缩数字全息重建质量的影响。根据理论分析明确了在实验记录过程中具体的结构参数、不同的采样方式、系统噪声等对重建精度影响。即明确了压缩数字全息的重建条件，通过优化选取重建条件，可提高再现像的重建精度。3、将压缩感知与自干涉数字全息相结合，指出自参考光数字全息也可作为一种感知机制，构建符合压缩感知理论的自干涉全息记录系统模型，明确其与记录过程中具体物理参数之间的关系，通过理论分析与实验研究，证明了自参考光数字全息适用于压缩感知理论体系，并可用于物体信息的非扫描三维断层重建。4、基于自干涉压缩数字全息成像技术，研

7、究其在多维成像领域的具体应用。利用自干涉全息成像系统和彩色图像采集器，获得含有多个波长通道的复值全息图。通过压缩感知算法重建获取物体的三维位置信息和波长信息，获得的-I-北京工业大学理学硕士学位论文再现像质量优于普通重建方法所得到的结果，提高了成像质量，实现了非扫描的多维成像技术。关键词：数字全息；压缩感知；非相干全息；衍射光学；三维成像-II-北京工业大学理学硕士学位论文AbstractSelf-interferencedigitalholographyisanattractivetechnologyasitdi

8、spenseswiththedependenceoncoherentlightsourceandpossessestheadvantagesofspeckle-freenoiseandnon-scanningthree-dimensionalimaging.Intheprocessofrecordingincoherentholograms,eachobje