基于数字全息显微的正弦位相光栅数值重构.pdf

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1、基于数字全息显微的正弦位相光栅数值重构彭晓晴刘成森教授2011年05月●●名业向名姓专方姓者陬究师作学研导i口‘，首{i，々；{、i“M．jlt0．．，；．}再，tit_搴*dij，-学位论文独创性声明本人承诺：所呈交的学位论文是本人在导师指导下所取得的研究成果。论文中配，特别加以标注和致谢的地方外，不包含他人和其他机构已经撰写或发表过的研究成果，其他同志的研究成果对本人的启示和所提供的帮助，均已在论文中做了明确的声明并表示谢意。学位论文作者签名：窒堕堕学位论文版权的使用授权书本学位论文作者完全了解辽宁师范大学有关保留、使用学位论文的规定，及学校有权保留并向国家有关部门或机构送交复印件或

2、磁盘，允许论文被查阅和借阅。本文授权辽宁师范大学，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库并进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文，并且本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。保密的学位论文在解密后使用本授权书。学位论文作者签名：塑堕亟指导教师签名：签名日期：刃∥年／月弓日一¨h一L一■一■■●辽宁师范大学硕士学位论文摘要基于数字全息术以及光学显微技术的数字全息显微术(DHM)，利用数值计算方法进行全息重建，重建得到的相位相衬图像提供了显微物体表面相位分布的定量测量，是一种同时再现显微物体振幅和相位的新方法。它在显微结构测量方面具有高分辨率、非侵入性、非破坏

3、、灵敏度及精度高等特点，使得数字全息术在微结构测量领域中具有很好的应用前景。本文以显微正弦位相光栅为样本，用自编的数字全息再现程序模拟了正弦光栅的相位结构分布。本文的主要研究内容和特点包括以下几个方面：1．基于马赫．曾德干涉光路，设计了离轴数字全息记录显微物体的光路系统，采用透射式记录光路，采集了光栅的全息图，并把全息图存储在计算机中。2．论文工作重点是显微位相光栅相位分布的数值重建研究。论文完成了数字全息记录和再现程序的编写。以显微正弦位相光栅为模拟样本，对样本的全息记录和再现过程进行计算机模拟，制作了位相光栅的离轴全息图。自编程序用菲涅耳近似算法和快速傅里叶变换，对单幅全息图进行了数

4、值重建，计算比较简单。在图像处理方面，我们将频域滤波法应用于程序中，滤掉了零级像和共轭像的频谱，获得了高质量的重建图像。用相位解包裹算法，获得了正弦光栅的真实相位。该程序具有操作过程简便、计算速度快、灵活性强等特点。3．对相位分布图的数值分析表明，编写的程序实现了正弦位相光栅三维结构的完美再现，可直接获得显微正弦光栅的相位信息，该程序可用于微观物体的位相分布测量。4．程序中设定不同的再现距离，比较正弦光栅相位分布情况。再现距离z’=35mm时和原光栅相位图比较，光栅相位最大值都为6．283rad，且没有发生相位畸变。结果表明，只有再现距离完全等于记录距离时，正弦光栅的相位才能准确再现，才

5、能获得聚焦的再现像。5．通过改变正弦光栅的周期，观察再现效果。数值模拟结果表明，光栅周期越大，像素点越多，再现出来的正弦光栅越平滑，再现像的效果就越好。最后，本论文完成的计算机模拟和数值分析结果为以后数字全息显微测量技术进一步的深入研究提供了有意义的借鉴和帮助。关键词：光学全患；数字全息显徼技术；计算机模拟；位相物体■●●NumericalreconstructionofthesinephasegratingbasedondigitalholographicmicroscopyAbstractBasedonthedigitalholographyandopticsmicroscopict

6、echnology，byusingnumericalcalcdationmethod，digitalholographicmicrocopy(DHM)reconstructphasecontrastimageswhichprovidequantitativemeasurememofphasedistributionofmicroscopicobject,itisanewmethodwhichreconstructtheamplitudeandphaseofmicroscopicobjectsimultaneously．Ithasmanycharacteristicssuchas11igh

7、resolutionandnon-invasive，non—destructive，highersensitivityandhigheraccuracyinmeasurememoftinystructures，whichmakedigitalholographyagoodapplicationprospectinthefieldofmicrostructuremeasuremem．Inthepaper,themicroscopics