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散斑噪声的存在严重降低了数字全息技术再现像的信噪比和空间分辨率。在无透镜傅里叶变换数字全息中,通过对电荷耦合器件(CCD)记录的干涉图进行一次傅里叶变换,就可以重建物光场。根据干涉图上不同的像素点对再现像中散斑噪声强度分布贡献不同的特点,提出了一种新的降噪方法。该方法将CCD输出的干涉图划分为多个区域,并调换各个区域的位置,得到多幅互异的新干涉图,然后将所有新干涉图进行再现处理;对再现像进行叠加平均,就可以得到一幅散斑噪声强度更低的再现像,其等效视数明显提高。相比于空域掩模法,所提方法的处理时间缩短了80%左右,且再现像的边缘保持系数提高了1倍。
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激光与光电子学进展
Laser&O
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toelectronicsPro
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ress
中国激光
杂志社
一种无透镜傅里叶变换数字全息的散斑降噪方法
梁 明 大
,
陈 丽
,
林 伟 涛
,
陈 永 昊
广东工业大学物理与光电工程学院
广东 广州
摘要
散斑噪声的存在严重降低了数字全息技术再 现 像 的 信 噪 比 和 空 间 分 辨 率
在 无 透 镜 傅 里 叶 变 换 数 字 全 息
中
通过对电荷耦合器件
记录的干涉图 进 行 一 次 傅 里 叶 变 换
就 可 以 重 建 物 光 场
根 据 干 涉 图 上 不 同 的 像
素点对再现像中散斑噪声强度分布贡献不同 的特 点
提 出 了 一 种 新 的 降 噪 方 法
该 方 法 将
输 出 的 干 涉 图 划
分为多个区域
并调换各个区域的位置
得到多幅互 异的 新干 涉图
然 后 将 所 有 新 干 涉 图 进 行 再 现 处 理
对 再 现 像
进行叠加平均
就可以得到一幅散斑噪声强度更低的再现像
其等效视数明显提高
相比 于 空域掩 模 法
所提 方 法
的处理时间缩短了
左右
且再现像的边缘保持系数提高了
倍
关键词
全息
数字全息
傅里叶变换
散斑噪声
像素
中图分类 号
文献标识 码
doi
:
.
/
LOP.
AS
p
eckleNoiseReduction MethodforLenslessFourier
Transform Di
g
italHolo
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Min
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ChenLi
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Universit
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Technolo
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Guan
g
zhou
Guan
g
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g
China
Abstract
Ke
y
words
OCIScodes
收稿日期
修回日期
录用日期
基金项目
国家自然科学基金
广东省科技计划项目
EGmail
EGmail
引
言
数字全息术可以快速记录物体的强度和相位信
息
便于实现多种定量测量
再现时可通过数字图像
处理技术
优化再 现 像的质 量
随着电 荷 耦 合 器
件
等光电探测 器 件的快 速 发展
数字全 息 的
研究也愈受关注
基于其 独 特的优 势
数字全息
已经被广泛运用到多个领域
如
全息显微
信息
加密
粒子测量
显示
等
当相干光束照射在物体的粗糙表面时
在不 同
表面点散射的光波会 发 生波动
这些散 射 波的叠 加
会在记录平面上形成一个固定的斑 点图 案
从而
严重降低再现像的信噪比和空间分辨率
目前
研究 人员 已提 出了 多种 降低 数字 全息 再
激光与光电子学进展
现像散斑噪声的技术
例如
在数字信号处理方面
等
提出非局部 均 值
滤 波 法
通 过
多幅图像的加权平均 强 度来抑 制 散斑噪 声
但该方
法计算相似度的度量缺乏稳健性
且运算十分复杂
在低相干 的 方 法 上
等
提 出 用 部 分 相
干光源代 替 激 光 光 源 可 以 达 到 降 低 激 光 散 斑 的 效
果
但这要依赖于高亮度部分相干光源的采用
在复
用全息图处理方面
等
提出 了合 成孔径
数字全息法
通过合成多 个 记录的 全 息图来 增 加全
息图的尺寸
从而降低散斑的尺寸
但该方法也需要
记录多幅全息图
不适合用于实时处理
此外
等
提出了一种通过空间域掩模
法抑制再现像的散 斑 强 度 来 减 小 空 间 分 辨
率损失的方法
原始干涉图通过带有移动孔径的二
值掩模进行过滤
得到多 幅 子干涉 图
由于不 同 的
子再现像是从干涉图 的 不同区 域 重建获 得 的
因此
携带有不一样的散斑模型
将所有的子再现像叠加
平均后可以有效降低 散 斑噪声
但该方 法 没有选 择
性地对所有的子再现 像 进行叠 加
从而造 成 了图像
信息的过度冗余
而且运行速度慢
本文提出了一种基于无透镜傅里叶变换数字全
息特性的方法
先将原始干涉图划分为多个区域
通
过改变各区域的位置 来 获得多 幅 新干涉 图
并对其
进行再现叠加和平均
就可以 得 到散斑 噪 声更低 的
全息图
基本原理
如图
所示
用平行光照射物体
该物体的中心
位于
z
轴上
点 源 参 考 光 波 的 坐 标 为
b
b
z
物体和参考点源至
的距离相等
均为
z
图
无透镜傅里叶变换数字全息图记录光路图
根据菲涅耳衍 射公式 可 知
干板处 的 光振幅 由
物光波和参考光波两部分组成
它们分别表示为
O
x
y
=
k
z
x
+
y
( )
é
ë
ê
ê
ù
û
ú
ú
F
g
x
y
k
z
x
+
y
( )
é
ë
ê
ê
ù
û
ú
ú
{ }{ }
=
k
z
x
+
y
( )
é
ë
ê
ê
ù
û
ú
ú
G
f
x
f
y
f
x
=
x
λz
f
y
=
y
λz
R
x
y
=
k
z
x
+
y
é
ë
ê
ê
ù
û
ú
ú
f
x
b
f
x
=
x
λz
式中
F
为快速傅 里叶 变换
k
为波数
G
f
x
f
y
为
g
x
y
的傅 里叶 变换
f
x
f
y
为
x
y
平面的
空间频率
λ
为 物 光 波 长
为 虚 数 单 位
物 光 和 参
考光干涉的光强为
I
x
y
=
O
+
R
+
OR
+
O
R
=
O
+
R
+
G
f
x
f
y
-
f
x
b
+
G
f
x
f
y
f
x
b
用 发 散 球 面 波
C
x
y
k
z
æ
è
ç
ö
ø
÷
x
y
é
ë
ê
ê
ù
û
ú
ú
再 现 时
可 得 在 全 息 图 后
z
处的再现光场的复振幅分布
I
x
H
y
H
=
k
z
x
H
+
y
H
( )
é
ë
ê
ê
ù
û
ú
ú
F
O
+
R
+
G
f
x
f
y
[
-
f
x
b
+
G
f
x
f
y
f
x
b
]
从
式可以看出
无透镜傅里叶变换数字全息
术可以通过直接对全息图进行傅里叶变换实现数字
再现
从而使数 字 全息的 再 现得以 简 化
在再现 光
场中
除了零级光场外
还会得到清晰的原始像和共
轭像
数字全息降噪方法
31
空域掩模降噪法
如图
所示
法是在
输出的干涉图
上通过移动矩形窗口得到多幅子干涉图的
在该方
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