數字全息成像的空間帶寬積優化與擴展

數字全息成像具有全場、快速、非接觸、三維成像等優勢，廣泛應用於生物醫學和材料科學等領域。《數字全息成像的空間帶寬積優化與擴展》針對數字全息成像的空間帶寬積優化與擴展方法展開系統研究，內容主要包括： 1. 針對衍射數值計算問題提出了按需採樣的計算策略，並使用非均勻傅里葉變換與chirp z變換建立了準確、靈活、快速的通用衍射計算框架，為數字全息成像提供了有力的算法工具。 2. 基於光柵調制與角度復用，在不增加系統復雜性的基礎上，將單幅離軸全息圖的空間帶寬積利用率提升為原來的3倍。 3. 基於稀疏性約束的迭代優化算法成功解決了同軸數字全息的孿生像乾擾問題。 4. 基於相空間分析，定量研究了空間帶寬積的空頻分佈特性，並提出了基於相空間合成的高空間帶寬積成像方法，實現了數字全息成像系統視場和分辨率的同時擴展。 《數字全息成像的空間帶寬積優化與擴展》重點研究了相空間這一工具在數字全息成像空間帶寬積的分析與擴展上的強大之處，同時針對數值衍射計算中採樣問題進行了系統研究，發展出了多種適用於不同需求的衍射計算方法。《數字全息成像的空間帶寬積優化與擴展》可作為數字全息成像與衍射計算相關領域研究人員的參考書。

目錄

第1章緒論

1．1數字全息概述

1．1．1數字全息發展簡史

1．1．2數字全息成像特點與應用場景

1．2數字全息成像原理

1．2．1數字全息光學乾涉記錄模式

1．2．2數字全息數值衍射重建算法 

1．3數字全息成像的空間帶寬積

1．3．1空間帶寬積

1．3．2空間帶寬積的演化

1．3．3乾涉與離散化對空間帶寬積的影響

1．3．4數字全息成像中的空間帶寬積問題與現有解決

方法

1．4問題的提出與本書主要研究工作

第2章數字全息成像中的數值衍射計算方法

2．1傳統方法的問題

2．1．1基於單次傅里葉變換的菲涅耳變換中的非充分帶寬

問題

2．1．2角譜法中過度補零浪費計算空間帶寬積

2．1．3瑞利索末菲捲積中補零的物理解釋

2．2相應解決方案

2．2．1全帶寬傳輸菲涅耳變換法

2．2．2自適應補零角譜法

2．3通用衍射計算框架

2．4本章小結

第3章離軸數字全息空間帶寬積優化

3．1離軸數字全息光路結構概述

3．2基於光柵調制的高空間帶寬積利用率離軸數字全息

3．2．1原理分析

3．2．2數學模型

3．2．3模擬與實驗驗證

3．2．4分析與討論

3．3準共光路雙球面波乾涉離軸數字全息

3．3．1記錄光路與重建策略分析

3．3．2分辨率分析

3．3．3實驗驗證與討論

3．4本章小結

第4章同軸數字全息空間帶寬積優化

4．1孿生像與零級問題

4．1．1信號像、孿生像與零級的點擴散函數模型

4．1．2稀疏性差異

4．2基於稀疏性差異的壓縮感知方法消除孿生像與零級

4．2．1壓縮感知基本原理

4．2．2同軸數字全息的壓縮感知模型

4．2．3模擬、實驗驗證與討論

4．3本章小結

第5章基於相空間合成的高空間帶寬積數字全息成像

5．1數字全息成像的相空間分析

5．1．1球面波照明下的局部空間頻譜平移效應

5．1．2局部空間頻譜平移效應的模擬與實驗驗證

5．2相空間合成數字全息成像方法

5．2．1原理分析

5．2．2模擬與實驗驗證

5．2．3方法討論

5．3本章小結

第6章總結與展望

6．1工作總結

6．2主要創新點

6．3工作展望

參考文獻

在學期間完成的相關學術成果

致謝

CONTENTS

數字全息成像的空間帶寬積優化與擴展

CONTENTS

Chapter 1Introduction

1.1Introduction of Digital Holography(DH)

1.1.1A Brief History of DH

1.1.2Characteristics and Applications of DH

1.2Principle of DH

1.2.1Optical Interference Recording Mode

1.2.2Numerical Diffraction Reconstruction 

Method

1.3SpaceBandwidth Product of DH

1.3.1SpaceBandwidth Product (SBP)

1.3.2Evolution of SBP

1.3.3Effects of Interference and Discretization 

on SBP

1.3.4SBP Problem and Existing Solutions in DH

1.4Main Research Work of This Book

Chapter 2Numerical Diffraction Calculation Method in DH

2.1Problems with Traditional Methods

2.1.1Insufficient Bandwidth Problem in SFR

2.1.2Excessive Zeropadding Problem in ASM

2.1.3Physical Interpretation of Zeropadding in 

RSC

2.2Corresponding Solutions

2.2.1Full Bandwidth Transmission SFR

2.2.2Adaptive Zero Padding ASM

2.3General Diffraction Calculation Framework

2.4Conclusions

Chapter 3SBP Optimization for Offaxis DH

3.1A Brief Overview of Optical Setup of Offaxis DH

3.2High SBP Utilization Offaxis DH Based on 

Grating Modulation

3.2.1Principle Analysis

3.2.2Mathematical Model

3.2.3Simulation and Experiment Verification

3.2.4Analysis and Discussion

3.3Quasicommon Path Double Spherical Wave 

Interference Offaxis DH

3.3.1Analysis on Optical Recording and 

Numerical Reconstruction

3.3.2Resolution Analysis

3.3.3Experiment Verification and Discussion

3.4Conclusions

Chapter 4SBP Optimization for Inline DH

4.1Twin Image and Zero Order Issue

4.1.1Point Spread Functions for Signal Image, 

Twin Image and Zero Order

4.1.2Sparsity Difference

4.2Twin Image and Zero Order Elimination Based on 

Compressive Sensing (CS) Method with Sparsity 

Difference

4.2.1Principle of CS

4.2.2A CS Model for Inline DH

4.2.3Simulation, Experiment Verification and 

Discussion

4.3Conclusions

Chapter 5High SBP DH Based on Phase Space Synthesis

5.1Phase Space Analysis for DH Imaging

5.1.1Local Spatial Spectrum Shift Effect Under 

Spherical Wave Illumination

5.1.2Simulation and Experiment Verification

5.2DH Imaging Based on Phase Space Synthesis

5.2.1Principle Analysis

5.2.2Simulation and Experiment Verification

5.2.3Discussion

5.3Conclusions

Chapter 6Summary and Outlook

6.1Summary

6.2Innovation 

6.3Outlook

References

Published Academic Papers and Outputs

Ackonwledgements