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数字全息图的互相关技术

时间:2023-06-15 理论教育 版权反馈
【摘要】:DH广泛应用于对数字全息图进行三维物体的数值重建。他们利用计算机生成两幅子全息图,然后通过两个复函数的互相关得出目标图像。菲涅耳全息图可通过物体函数与一个二次相位函数的互相关生成。最终,全息图由大小为1024×1024的CCD相机进行记录。图158.5~图158.7分别为DR、PNR2和PNR3与金属垫片深度之间的关联。随着物体深度差的增大,互相关峰值的下降,PNR2与PNR3也随之下降。

数字全息图的互相关技术

DH广泛应用于对数字全息图进行三维物体的数值重建。多波长数字全息技术(MWDH)应用于物体表面重建,其分辨率可在1μm至几十厘米间进行调节。但是,对于漫反射物体表面,由于存在散斑现象,其表面难以准确地重建。二维全息图互相关作为一种可替代的方法,可通过互相关峰值来探究物体表面深度形貌与互相关峰值的关联。数字相关全息图曾由Abookasis等人提出。他们利用计算机生成两幅子全息图,然后通过两个复函数的互相关得出目标图像。互相关也被用于菲涅耳非相干相关全息技术。菲涅耳全息图可通过物体函数与一个二次相位函数的互相关生成。但是,在上述方法中,没有一种方法直接对不同物体的全息图作二维数字互相关,并从中提取物体的三维信息。

有着相同二维强度图样的三维实物通过光学实验数字记录,并数值地作互相关运算,提取峰值以研究峰值与物体深度的联系。

图158.3 光学系统示意图

图158.3为实验的光学系统。氩离子激光器出射的波长为514.5 nm的光束经过由显微镜物镜、针孔、焦距500 mm的凸透镜构成的空间滤波器进行准直与扩束。光学系统借助改进的迈克尔逊干涉仪来获得物体光与参考光的干涉图样。在光学系统中,样品置于与激光束照射方向垂直的平面内,并在物体光与参考光之间引入一个小角度(通常在2°以内),以此来实现离轴数字全息技术。最终,全息图由大小为1024×1024(6.7μm×6.7μm)的CCD相机进行记录。物体与CCD相机之间的距离为46.5 cm。

将一组10个金属垫片作为实验研究对象,以探究物体表面深度与互相关峰值之间的关联。图158.4为一组10个金属垫片由双面透明胶带粘连,每个金属垫片的厚度(包含双面胶带的厚度)近似于1.50 mm。金属垫片的外直径为2.00 cm,内直径为0.90 cm,图158.4中的圆圈区域为激光束照射的区域。

图158.4 一组10个金属垫片示意图(www.xing528.com)

然后分别记录1~10个金属垫片的全息图。以一个金属垫片作为参考物体,其全息图作为参考全息图,与其他个数的金属垫片的全息图进行归一化互相关计算,并提取峰值。当目标物体的深度与参考物体的深度差值逐步增大时,互相关峰值依次降低。通过分析互相关峰值,可以判断具有相同强度模式、不同三维深度形貌的深度差别。相同的方法也可应用于计算机生成的全息图。

同样地,利用表158.1中所定义的部分品质参数,对表158.1中品质参数进行评估也可定性地对三维物体之间的相似程度进行评估。图158.5~图158.7分别为DR、PNR2和PNR3与金属垫片深度之间的关联。DR随着物体深度差变大及互相关峰值下降而增加。随着物体深度差的增大,互相关峰值的下降,PNR2与PNR3也随之下降。

图158.5 DR与深度差的关联

图158.6 PNR2与深度差的关联

图158.7 PNR3与深度差的关联

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