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1、数字全息中散斑噪声抑制算法张言115113001220摘要在数字全息的成像过程中，散斑噪声会严重影响再现像的成像质量。基于散斑噪声产生机制，讨论了五种散斑滤波算法：中值滤波、Lee滤波、Kuan滤波、SUSAN滤波、基于Neyman-Pearson准则的小波阈值滤波关键词数字全息、激光散斑、散斑噪声AbstractInthereconstructingprocessofdigitalholography,thereconstructedimagewillbeinfluencedseriouslybyspecklenoise.Fivemethodst
2、oeliminatespecklenoisehavebeendiscussedbasedonanalyzingthegenerationmechanismofspecklenoise,includingthemedianfilteringalgorithm,Leefilteringalgorithm,Kuanfilteringalgorithm,SUSANfilteringalgorithmandwaveletthresholddenoisingbasedonNeyman-Pearsoncriterion.KeyWordsdigitalhologr
3、aphy、speckle、specklenoise引言数字全息是光全息术和数字技术相结合的产物。数字全息术用光电传感器件如CCD或CMOS摄像机代替传统全息中的银盐干板来记录全息图，并将全息图以数字图像的形式输入计算机，再由计算机模拟光学衍射过程来实现被记录物体的全息再现。近年来，随着高分辨率CCD和计算机技术的高速发展，数字全息的应用研究得到极大发展，研究范围涵盖了图像记录到面形测量、变形测量和振动测量等一系列领域[1-2]。Schnars等[3]提出了用CCD元件作为全息图的记录材料得到数字全息图，并用计算机获取物光波波前的方法，但这仅仅是激光
4、全息图的数字化，不可避免的相干噪声严重地影响了再现像质。因此，如何获得高质量的再现图像已经成为了数字全息研究和应用中非常重要的问题。与光学全息一样，数字全息再现像除受到零级衍射及共轭生像的干扰外，还受到激光相干散斑噪声的影响。数字全息一般使用激光作为参考光进行物光波波前记录，由于激光光源的高相干性，其照射到粗糙物体表面面发生散射后形成散斑，称为散斑噪声。数字全息中存在散斑噪声的主要原因是相干成像[4]和CCD像素尺寸有限[5-6]，因此相干散斑噪声的存在是不可避免的。数字全息再现中的散斑噪声严重降低了再现像质量，影响了数字全息再现图的分辨率，限制了
5、数字全息在诸如三维物体识别、微结构测量、数字显微全息等方面的应用。因此，如何获得高质量的再现图像是数字全息测量领域的主要的问题之一。激光散斑的形成原因激光照射到粗糙物体的表面发生散射,在散射体的表面或附近的光场中,可以观察到一种无规则的亮暗斑纹,这就是激光散斑[7]。因为大多数物体表面对光波的波长来讲是粗糙的，由于激光的高度相干性，当光波从物体表面反射时,物体上各点到适当距离的观察点的振动是相干的。因此观察点的光场是由粗糙表面上各点发出的相干子波的叠加。因为粗糙度大于光波波长，所以物体各点发出子波到达观察点的位相是随机分布的。设从散射表面上任意一点
6、Qi(xi,yi)发出的光在接收点P(x,y)的复振幅为:AiP=aRxi,yiexpjφRxi,yiexpjφr(1)由于散射,式中aRxi,yi和φRxi,yi分别是散射表面的反射光的振幅和由于表面粗糙不平引人的随机位相，φr是传播位相因子，其中r=x-xi2+y-yi2+z-zi2(2)P点的复振幅为散射面上所有点贡献之和:AP=i=1NaRxi,yiexpjφRxi,yiexpjφr(3)(2)式是复平面上N个复振幅相加,由于aRxi,yi和φRxi,yi都是随机的,所以AP分布也是随机的。对于一个给定的考察点P,当放上漫射表面系综的某一样
7、本时,由于人射光的时间相干性很好,即各Qi点发出的子波有恒定的相位关系,所以I(P)是固定不变的。所以对于同一个散射表面,接收面上各点P的光强分布不随时间改变。但是,对于不同的参考点P,光强逐点不同,就形成斑纹分布。不难想象,如换另外一个散射表面,将形成另外一幅斑纹分布,或者若改变照明人射波也将形成另外一幅斑纹分布。就是说在人射波、接收面位置,散射面的变化都会产生不同的散斑分布。几种散斑噪声滤波算法中值滤波算法1971年，由Turky提出的中值滤波是一种对滤除图像椒盐噪声非常有效的非线性平滑技术，在光学测量条纹图像的相位分析处理方法中有特殊作用，但
8、在条纹中心分析方法中作用不大。中值滤波算法[8]是基于排序统计理论的一种能有效抑制噪声的非线性信号处理技术，它的基本原理是
