一种弱离轴相移数字全息相移值抽取与物光恢复方法技术

本发明专利技术公开一种弱离轴相移数字全息相移值抽取与物光恢复方法，包括以下步骤：1.全息图的记录，2.相移值的抽取，3.物光和参考光的强度计算，4.物光重建。该方法是一种利用弱离轴全息中产生的干涉条纹分布进行相移抽取的技术，计算过程只需要两幅图各一次傅里叶变换和一次相减，计算相移的速度快，精度高。同时，在物光重建过程中，参考光和物光的强度是由全息图强度和相移计算得出，因此整个再现过程只需要两幅全息图即可实现，不需要额外的测量。此外，由于使用了弱离轴记录方法，参考光是倾斜的，其波前是斜面。相对于参考光的相位，记录面上的衍射物光的相位分布随机性更好，更有利于计算物光复振幅，提高物光恢复精度。

A Phase Shift Value Extraction and Object Light Recovery Method for Weak Off-axis Phase Shift Digital Holography

The invention discloses a weak off-axis phase-shifting digital hologram phase-shifting value extraction and object-light recovery method, which comprises the following steps: 1. recording of hologram, 2. extracting phase-shifting value, 3. intensity calculation of object-light and reference-light, and 4. object-light reconstruction. This method is a phase-shifting extraction technique based on the interference fringe distribution produced in weak off-axis holography. The calculation process only needs one Fourier transform and one subtraction of two images, and the calculation speed is fast and the accuracy is high. At the same time, the intensity of reference light and object light is calculated by the intensity and phase shift of the hologram in the process of object light reconstruction, so the whole reconstruction process only needs two holograms and no additional measurement is needed. In addition, due to the use of weak off-axis recording method, the reference light is inclined and its wavefront is inclined. Compared with the phase of reference light, the random phase distribution of diffracted object light on the recording plane is better, which is more conducive to calculating the complex amplitude of object light and improving the accuracy of object light recovery.

【技术实现步骤摘要】
一种弱离轴相移数字全息相移值抽取与物光恢复方法
本专利技术涉及相移值抽取算法领域，具体地说是涉及一种弱离轴相移数字全息相移值抽取与物光恢复方法。
技术介绍
数字全息术是一种利用参考光与物光之间的干涉来同时记录、再现物光波的振幅和相位的技术，它采用电荷耦合器件(chargecoupleddevice,CCD)替代光学全息中的全息干板，在计算机中对获得的全息图进行处理和物光再现，既避免了光学全息中的繁琐处理过程，又便于全息图的存储、处理和传播，具有更高的实用性。为了将全息再现过程中产生的零级项、孪生像与原物像分离，通常采用离轴全息术，以使得原物像与零级项、孪生像在三个不同的方向上分离。由于CCD的分辨率远低于全息干板，数字全息中的离轴角度受到了很大的限制——太小的离轴角度不能将原物像与零级项、孪生像分离，而太大的离轴角度又会使产生的干涉条纹过细而超出CCD的分辨记录能力。为了解决这一问题出现了相移数字全息干涉术。相移数字全息技术通过使不同的全息图中参考光具有一定的相位变化拍摄多幅全息图，再通过计算得到记录面上的物光复振幅。利用记录面上的物光复振幅进行逆菲涅尔衍射，获得原始物面上的物光复振本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种弱离轴相移数字全息相移值抽取与物光恢复方法，其特征在于包括以下步骤：(1)全息图的记录在马赫‑曾德干涉光路下，利用CCD获得两幅全息图I1和I2，两幅全息图在参考光中含有一未知相移

【技术特征摘要】
1.一种弱离轴相移数字全息相移值抽取与物光恢复方法，其特征在于包括以下步骤：(1)全息图的记录在马赫-曾德干涉光路下，利用CCD获得两幅全息图I1和I2，两幅全息图在参考光中含有一未知相移此未知相移由相移器产生；确立原始物面P1与记录面PH的空间关系；物光与参考光需要有一弱离轴角度；假设此离轴角度θ在xOz平面内和yOz平面内的投影分别为θx和θy；(2)相移值的抽取经透射型物体调制的物光可看作近似的平面波或平面波分量与经调制的分量所组成，它与倾斜的参考光干涉形成的平行条纹包含着相移的信息：当参考光发生相移时，条纹空间分布的相位也会发生变化，条纹的相移与参考光的相移相等；对相移值的抽取首先需要对两幅全息图进行傅里叶变换，在计算机中，傅里叶变换通过快速傅里叶变换算法FFT来实现：式(3)和式(4)中，δ(up,vp)和δ(-up,-vp)分别表示与弱离轴引起的干涉图上周期性强度变化对应的频谱分布函数，即中心点在(up,vp)和(-up,-vp)点δ函数分布；两式中i为虚数单位，有i2＝-1；Fp1(u,v)和Fp2(u,v)分别为不包含离轴引起的条纹的两幅全息图的频谱，其在(up,vp)和(-up,-vp)两点处的强度弱于条纹的空间频率分量在这两点处的强度；离轴全息图中包含相移信息的条纹作为一个单一频率分量将在频谱图上成为除零频分量外幅值最大的两个δ函数，其中心的坐标为(up,vp)和(-up,-vp)，坐标(up,vp)可以通过将零频分量置零后寻找最大值的方法来找到；而条纹的相位则等于这两点的复数值的幅角；因此相移值可以直接由频谱上(up,vp)处对应的两个复数值的幅角相减来获得：其中arg()代表取复数的幅角，(3)物光和参考光的强度计算物光和参考光的强度Io和Ir可由全息图强度分布以及相移算出：式中<>表示对括号内的数组中的所有元素取平均值；物光与参考光的实数振幅直接由强度开平方获得；(4)物光重建记录面的物光重建公式为其中Io和...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐先锋，王泽城，盛辉，王静，展凯云，张刚，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：山东,37