基于hilbert变换实现数字全息高精度相位重建

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1、物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．63，No．19(2014)194207基于Hilbert变换实现数字全息高精度相位重建术范锋)栗军香2)宋修法)朱巧芬)王华英)十1)(河北工程大学理学院，邯郸056038)2)(河北工程大学临床医学院，邯郸056002)(2014年4月3O日收到；2014年6月6日收到修改稿)为了提高数字全息相位重建精度，研究了基于Hilbert变换重建相位的理论和方法，并通过像面数字全息实验对该方法的有效性进行了验证，同时与数字全息常规重建方法得到的结果进行了比较．结果表明：Hilbert变换本身具有消除直流项的作用，对利用频域滤波滤除零级谱后的全

2、息图进行Hilbert变换，能够彻底消除零级衍射项的干扰，从而提高相位重建精度．与常规重建结果相比，基于Hilbert变换的相位重建结果的标准偏差降低了14．0％．本文结果对提高数字全息相位重建精度具有重要的指导意义．关键词：数字全息术，像面数字全息术，Hilbert变换，相位重建PACS：42．30．Kq，42．40．Kw，42．30．一dDOh10．7498／aps．63．194207二种方法使得再现像的对比度大幅度下降，更为重1引言要的是，这两种方法都没有从根本上解决噪声的影响问题[9,10]．对于零级衍射项的消除，频域滤波是数字全息显微术是一种新型的定量成像与可最常用的方

3、法，但这种方法只适用于离轴数字全息视化测量技术[1】．它实现了光学、光电转换技术、计情况，同时还存在噪声滤除不彻底的问题l11j．文算机技术的高度融合，是一种全场、非接触、准实时献f12]提出了一种基于同态信号处理的非线性重三维成像技术．利用该技术可以获得物体定量的相建方法，该方法能从原理上彻底消除零级衍射项的位信息，并可以灵活地进行存储、传输、滤波、自动影响，提高相位测量精度，同时作者还建立了所提聚焦、相位畸变补偿及多视角显示等上述诸多优方法与Hilbert变换之间的直接联系，这间接地表点使数字全息显微术获得了广泛的应用[2-7】．明了基于Hilbert变换的方法具有较高的相位

4、重建数字全息术基于干涉成像技术，因而相对于其精度．潘卫清等提出了利用Hilbert变换重建基于他测量技术来说，其相位测量的精度比较高．然而，单幅同轴数字全息图的相位重建方法，该方法同样由于受到散斑及零级衍射噪声的影响，使得基于傅从原理上消除了零级衍射项及不需要的一级衍射里叶变换的常规重建算法在相位重建中的多个环像【l31．但以上两种方法都存在需要额外记录参考节受到噪声干扰，一方面降低了相位重建的精度，光强度及仅适用于参考光强度远大于物光强度的同时影响了相位重建的速度_8】．为了降低散斑噪声问题．文献『141提出了基于自适应二元模板的两次的影响，多种降噪方法和技术被提了出来其中具H

5、ilbert变换重建全息图的方法，重建过程比较复有代表性的方法有基于多幅全息图叠加的降噪技杂．文献『151基于Hilbert变换本身具有滤除直流术【9]和选用短相干光源降低散斑噪声的技术Il0]．项的作用提出了直接利用两次Hilbert变换实现然而，第一种方法根本不能用于实时相位成像第单幅同轴数字全息图的二步相移重建，不过，从文国家自然科学基金(批准号：61077001和61144005)，河北省自然科学基金(批准号：F2010001038，A2013402036和F2014402090)，河北省科技支撑计划(批准号：09277101D)和河北省教育厅科技计划重点项目(批准号：Z

6、H2011241)资助的课题．t通讯作者．E—mail：pbxsyigzi@126．cornt◎2014中国物理学会ChinesePhysicalSociety￡tp：／／wulixb．hy．ac．cn194207-1物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．63，No．19(2014)19420712】ChandraSS，NicolasP，ChristianD，MichaelU2011J．[16]WangHY，ZhangZH，LiaoW，SongXF，GuoZJ，LiuOpt．Soc．Ame．28983FF2012Acta．Phys．Sin．61250(inChinese)f王

7、华英，13]PanWQ，LuW，ZhuYJ，WangJZ2009Chin．Opt张志会，廖薇，宋修法，郭中甲，刘飞飞2012物理学报61Lett．71250]14]XiongLD，JiaSH2010AetaPho．Sin．391678(in[17]WangHY，ZhangZH，LiaoW，GuoZJ，LiuFF2012Chinese)[熊六东，贾书海，杜艳芬2010光子学报391678】J．Opt．Laser23402(inChinese)[王华英，张志会，廖薇，15]HouRN