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1、苏州大学本科生毕业设计1摘要： .2关键词： .2ABSTRACT： .2KEY WORDS： .2第一章 引言 .41.1 全息术的历史 .41.2 数字全息术的发展与应用 .51.3 数字全息的应用前景 .51.4 国外发展概况： .61.5 国内发展概况： .7第二章 理论分析 .92.1 光学全息的基本原理 .92.2 数字全息的基本原理 .122.3 消除零级像的原理和方法 .14第三章 实验研究与分析 .163.1 光路图 .163.2 巴特沃斯高通滤波 .163.3 理想高通滤波 .173.4 拉普拉斯算子 .18第四章 小结与展望 .20第五章 参考文献 .21苏州大学本科生毕
2、业设计2摘要：数字全息去除零级像，使成像更清晰是一直以来全息研究的一个热点和难点，已经有许多结合数字图像处理结束方法被提出。针对离轴数字全息零级像的去除方法进行综述，说明各个方法的优点，不足及其使用情况，并通过实验加以验证。数字全息是用光电传感器件（如 CCD 或 CMOS）代替干板记录全息图，然后将全息图存入计算机，用计算机模拟光学衍射过程来实现被记录物体的全息再现和处理。数字全息与传统光学全息相比具有制作成本低，成像速度快，记录和再现灵活等优点。近年来， 随着计算机特别是高分辨率 CCD 的发展，数字全息技术及其应用受到越来越多的关注，其应用范围已涉及形貌测量、变形测量、粒子场测试、数字全
3、息显微、防伪、三维图像识别、医学诊断等许多领域。关键词：数字全息；零级像；空域滤波；均值滤波；中值滤波 Abstract：Digital holography to eliminate zero-order image, to make the image more clear, is always a fundamental problem. Many approaches have been carried out to overcome such a problem. This work synthesizes some of them and shows their advantage
4、s and disadvantages. Digital holography uses photoelectrical sensors such as CCD and CMOS, to replace the board to record the holography pictures, and then keep them in the computer, then through the digital analog equipment diffraction transversion to achieve the recorded holography pictures recurr
5、ing and handle. To use digital holography is cheaper than to use traditional optics holography, and faster. These years, as the computer especially the high resolution CCD is developing fast, digital holography and its apply are more and more attention, its apply is developing to form survey，transsh
6、ape survey, grain survey, digital holography microscope and so on.Key words：苏州大学本科生毕业设计3digital holography； zero-order Image；spatial filter；mean filter；median filter苏州大学本科生毕业设计4第一章 引言1.1 全息术的历史全息术是 D.Gabor 于 1948 年为提高电子显微镜的分辨率，在 Zernik 等人工作的基础上提出来的。全息术又称为波前重现技术，是一个两步成像过程。首先，通过引入参考光和物光干涉，将物光的振幅和相位信息以
7、干涉条纹的形式保存在记录介质上 ，产生全息图，这一过程称为全息图的记录。然后，为了得到原物光波的再现波前，需要将处理后的全息图用特定的再现光照明，照明光波经全息图衍射后，可再现与原物光波相同或相似的波前，该光波将产生包含物体全部信息的三维像。Gabor 提出的全息思想是同轴全息，由于当时没有高度相干性的光源，并且无法解决同轴全息图的不可分离的“孪生像”问题，因此并未得到广泛关注。直到 1960 年激光器问世以及 1962 年利思和厄帕特尼克斯提出离轴全息的新方法后，全息术进入了迅速发展的年代，各种不同的全息方法相继提出，开辟了全息应用的新领域。全息图记录的是物光和参考光的干涉条纹，由于干涉条纹
8、的空间频率通常很高，因此要求记录介质具有很高的分辨率。自从 Gabor 发明全息术以来，记录全息图的介质主要采用超细微粒全息干版，由于其灵敏度低，所需的曝光时间较长，因此对记录装置稳定性的要求很高，并且不能对运动物体或变化过程进行记录；因此，全息干版在记录了全息图后，需要进行显影，定影等一系列的湿化学处理过程，不能进行实时再现。另外一方面，传统光学全息的再现是一个衍射过程，需要将处理后的全息图用再现光照射来再现物体的全息像，其最大的特点是可以形象逼真的再现物体的三维像，但再现的结果是由人眼来观察，且仍然要通过强度方式记录，很难对记录对象进行精确测量和分析，极大的限制了其在检测领域中的应用。为了
9、克服以上所述的缺点，人们尝试将计算机引入到全息术中，以实现全息术的自动化。数字全息技术是 Goodman 在 1967 年提出的 1，其记录光路与普通光学全息完全相同，不同的是采用 CCD 代替普通的全息干板记录全息图，避免了光学全息繁琐的物理、化学处理过程，简化了实验条件，操作过程简便、速度快，可靠性好。数字全息用计算机模拟参考光数值再现物光波前,并将结果显示在计算机屏幕上,实现了全息图的记录、存储、处理和再现的数字化。数字全息的突出优点在于，数字全息可以精确地分析物体的三维分布和相位信息，是一种理想的形貌和相位分布的测量方法。目前，这一技术已应用于立体显示 2、形貌测量 3、显微测量 4等
10、领域的研究。苏州大学本科生毕业设计51.2 数字全息术的发展与应用由于大规模集成电路的发展，CCD 的技术越来越成熟，生产厂家也非常多，便于使用者选择，同时价格也相对比较便宜，目前已被广泛用于数字全息的记录；MOS 传感器是近年来发展的一种新型图像传感器，一般分为 CMOS 和 NMOS 两种，CMOS 可以将传感器、驱动和控制电路、信号处理电路、模数转换器、全数字接口电路等多中功能集成在一起，实现单芯片系统，同时使用标准逻辑电源电压工作，而 NMOS 具有极高的信噪比，适合要求高信噪比图像的记录。另外，MOS 图像信息可以随机读取，与 CCD 和 CID 图像传感器相比，其光谱响应范围非常宽
11、，可以从紫外到红外区域，这对许多生物样品的测量是非常重要的。CID 的最大特点是能够实现无损读出，即信号可以多次读取，保证高质量的记录，但总的来说，MOS 和 CID 传感器由于价格高和通用性不够等原因，在数字全息记录中很少使用。同光学全息一样，数字全息成像也分为记录和再现两步。首先，物体表面散射的光和参考光在 CCD 表面发生干涉，产生全息图，其光强分布被 CCD 记录并抽样，之后由数据采集卡采集并进行模数转换和量化，并送到计算机中保存，其结果是一个数字矩阵，即数字全息图；其次，由计算机模拟光学全息的再现过程，通过数值计算，获得像光波场的复振幅分布，将所得强度分布及位相分布在显示器上显示出来，即可得到物体的像。为了获得高质量的重建像，在记录了数字全息图后，可以对其进行预处理，如噪声的抑制、干扰项的消除，对比度增强等。此外，依据不同的应用目的，还需要对重建的像光波场的复振幅分布进行各种不同的后续处理，以提取所需要的信息，如在数字全息干涉计量中，通过计算不同状态下重建像光波场的相位差，得到物体变化的信息。与传统的数字全息技术相比，数字全息有以下突出优点：（1）由于用光电图像传感器记录全息图，灵敏度高，响应速度快，因此能够记录运动物体的各个瞬
