摘要：从4f系统及照像机变焦镜头的设计思想出发,提出并设计了一个由三面透镜组成的数字全息变焦系统.该系统具有4f系统的性能,且可以方便地改变横向放大率,适应实际检测物体尺寸及形状的变化.用几何光学表述了变焦系统的工作原理,基于矩阵光学理论介绍了变焦系统的设计方法,利用衍射的角谱理论对像空间波面重构计算方法进行了介绍.并且,给出了实验证明及应用实例.

摘要：提出了一种新的数字全息多平面成像技术:将非共轭二次扭曲位相因子作用于实验记录的数字全息图,只需一次菲涅尔衍射便可同时对多个成像平面进行重建。首先介绍了非共轭二次扭曲位相因子多平面成像原理,然后开展实验验证了方法有效性。此方法只需记录一幅处于多个不同平面物体的数字全息图,依据该理论选择合适参数,可在任意位置重建多个平面再现像。采用均方根误差(RMSE)与峰值信噪比(PSNR)作为图像质量评价标准,比较了不同再现距离的成像质量。文中提出方法在无需对光路进行对称设计的前提下,可同时对多个平面进行数字聚焦,延拓了菲涅尔数字全息重建图像的焦深。

摘要：首先,介绍了数字全息激光干涉测量实验原理,设计并搭建扩散系数测量实验平台,运用MATLAB软件编写数字图像处理程序,利用傅里叶相位分析方法进行数字全息图像分析,得到扩散系数解。然后,分别测量温度为298.15K时0.33mol/L的KCl溶液和CO_2气体在水中扩散系数值并与文献研究数据进行对比,进行实验正确性验证,结果显示实验与文献标准值误差分别为1.63%和2.29%,满足实验要求。最后,运用此装置测试了278.15~323.15K时CO_2在RP-3航空燃油中的扩散系数随着温度升高扩散系数增大,并且不同温度下扩散系数值符合阿伦尼乌斯方程。

摘要：煤粉粒度是燃煤电厂的重要指标,在线测量煤粉粒度能够即时指导锅炉优化运行,对节能减排具有重要意义。搭建了一套模拟一次风粉管道的煤粉粒径在线测量的装置,解决了传统取样方法堵塞和测量实时性差的问题,并设计实验研究数字全息在线测量煤粉粒度的可行性和可靠性。实验结果表明,数字全息在线测量煤粉粒度分布曲线与激光粒度仪的测量曲线趋势一致,平均粒径相对误差为5.6%,表征粒度分布的关键参数d50和d90的相对误差均低于2%,满足工业应用的需求。数字全息技术对稀释前后不同浓度的煤粉粒径关键参数的测量相对误差均低于7%,稀释前后的煤粉粒度的数量分布和体积曲线的趋势一致,验证了数字全息技术在线测量煤粉粒度分布的可靠性,为整体测量装置的开发奠定了基础。

摘要：煤粉细度是燃煤电厂运行过程中的关键参数之一,与锅炉燃烧效率、制粉系统功耗以及设备磨损等问题息息相关。文中对数字全息技术在线监测电厂煤粉细度进行了试验研究。搭建了基于脉冲数字同轴全息的在线测量系统,系统包括取样、测量、收集和数据处理四个主要部分。将测量系统应用于某300 MW机组两根一次风管道内的煤粉细度监测,两根管道内煤粉流来源于不同的两台磨煤机,采用自行开发的重建软件对煤粉全息图进行实时处理并输出煤粉细度结果。对系统收集的经过系统测量后的煤粉样品进行实验室筛分,将筛分结果与现场全息结果进行对比,以验证测量系统的可行性和准确性。结果表明,采用面积分布的全息结果与筛分结果基本一致,平均绝对细度偏差在4%以内。同时诊断出了一台磨煤机煤粉细度与设计值偏离较大,证明所建测量系统用于燃煤电厂煤粉细度的在线监测有较大的应用潜力。

摘要：在数字全息成像中,散斑噪声严重影响了再现像的信噪比和成像分辨率,因此为了提高数字全息成像质量,迫切需要抑制再现像的散斑噪声.分析并给出了矩形散射光斑的强度协方差,定量计算了特定实验条件下产生退相关散斑图样的最小角度差.结合透镜的性质设计并搭建了多角度无透镜傅里叶变换数字全息成像系统,利用光纤端面在透镜焦平面的二维机械移动代替传统反射镜的旋转,使照明光束在不改变照明位置和大小的同时,可任意改变光束方向.移动光纤端面使多角度照明满足最小角度差,获取了81幅数字全息图.利用单次快速傅里叶逆变换实现数值再现,对多幅再现像的强度像求平均,实验结果表明散斑对比度降低为单幅再现像的14.6%,使图像信噪比提高了6.9倍.该抑制散斑的多角度数字全息成像方法有效的抑制了散斑噪声,且成像光路结构简单,可操作性强.

摘要：在数字全息显微术中,为了获得非重叠、高质量再现像,需要设置合理的记录距离。本文结合再现条件与记录条件进行较全面地分析设计,即在考虑采样定理、频谱分离条件之外,还研究了光学传递函数离散条件和再现像与放大像之间的尺寸关系,进而更精确地得到了预放大数字全息系统记录距离的设置方法。以USAF1951分辨率板为样本,分别以记录距离为50.50,134.20和140.30mm进行实验,结果表明,当记录距离不考虑放大像与再现像之间尺寸关系时,利用菲涅尔衍射法获得的再现像模糊;当记录距离考虑光学传递函数离散条件时,利用卷积法再现能获得清晰再现像;当记录距离同时满足再现条件和记录条件时,数值再现能获得高质量的再现像,且能分辨分辨率板的7.6组条纹,即横向分辨力达到2.19μm,进一步论证了所提需要考虑再现像与放大像之间的尺寸关系和光学传递函数离散条件来设计记录距离的方法更精确。通过理论推导和实验验证了所提的设计记录距离的方法较全面、给出的记录距离范围较合理,为数字全息显微术获得高质量的再现像提供了保障。

摘要：像面数字全息检测是相干光成像的一种重要应用。然而,由于相干传递函数的空间滤波作用,故当成像系统出射光瞳尺寸较小时,电荷耦合器件(CCD)不能探测到完整的像光场。同时,利用目前流行的只能计算像光场振幅分布的理论,不能重建便于光学检测的具有振幅和相位分布的像光场。基于相干光成像理论的分析,提出了一种设计特定照明物光的方法,让光学系统能够对物平面检测区完整成像。将物体照明光的全息图与所提方法结合,可以重建便于实际检测的理想像光场。

摘要：设计了基于图形处理单元(GPU,graphic processing unit)的数字全息实时再现(DHRTR,digital holography real-time reconstruction)系统,并以旋转骰子为研究对象,实验验证了DHRTR系统的有效性。相对CPU,GPU本身含有许多流处理器,通过并行运算可大大缩短数字全息图再现运算时间。利用统一计算设备架构(CUDA)的运算平台,编写了基于GPU处理器的实时再现软件,在对动态全息图进行连续采集的同时,即时对全息图进行再现,并实时显示再现结果。实验结果表明,本文系统可以实现平均帧速为20 frame/s、大小为512 pixels×512 pixels的数字全息图的实时再现。

摘要：为了克服传统数字全息三维成像技术的扫描速度慢等诸多缺点,设计一种仅需单波长且可以一维扫描的透射式K空间变换数字全息三维成像技术。首先采用片状光束对样品进行照明并记录透射光的离轴全息图;然后利用传统的数字全息重建技术得到透射光的复振幅分布后去除其低频分量;最后在频谱空间进行坐标变换并对变换后的空间频谱进行傅里叶逆变换,便可得到被照明切片平面上的样品结构信息。在对工作原理和主要参数进行系统理论分析的基础上,利用数值模拟和光学实验对此技术的可行性进行实际验证。由于该技术能够使用透射光进行三维层析成像,因此很容易推广并应用于X光和其他短波长的辐射源成像,为研究样品高分辨三维结构提供新的工具。