基于非相干数字全息的表面检测技术研究
普通照相记录的是光场的振幅(强度)信息，仅能获得物体的二维图像。而全息照相是利用干涉原理记录光场的振幅和相位信息，能获得物体的三维立体像。全息术的另一个优势是能对相位物体成像，特别是对弱吸收或透明的生物样品成像。非相干光作为生活中普遍存在和易获取的一种光源，可有效避免相干光成像中的寄生干涉和散斑噪声等问题。非相干数字全息术是一种很有前途的三维光学成像技术，它采用宽带光源作为照明光源，光电传感元件(CCD或CMOS)取代干板记录全息图，在计算机上模拟光学衍射过程来实现全息图的处理与重建，有望将全息术推向更广的应用领域。其中菲涅耳非相干相关全息术(Fresnel incoherent correlation holography，FINCH)通过空间光调制器(Spatial Light Modulator，SLM)上加载的相位掩模，将来自物体表面同一点的光波分为两束，利用这两束光的自相干性实现点源全息图的记录，所有点源全息图的线性叠加构成物体的非相干全息图，由CCD记录。FINCH技术在成像分辨率方面具有显著优势，有研究从理论和实验两方面证明基于FINCH的荧光显微成像技术可以实现超过瑞利衍射极限的分辨率成像。另外，螺旋相位调制技术与FINCH技术相结合，能实现非相干光照明条件下的边缘增强成像，获取物体的边缘信息，有效描述物体的外形、细节特征等属性。因此，FINCH技术作为光学测量手段具有非接触、非破坏、不依赖相干光源、横向分辨率高、无需扫描、易于与现有成熟光学系统匹配等优点，在对微小划痕的表面检测方面具有非常广阔的应用前景。本文主要研究FINCH系统的成像特性及其在表面检测领域的应用。 具体内容包含以下三部分: 1.对FINCH技术的成像原理进行理论分析，从理想点光源出发，根据波动光学理论推导FINCH记录系统点扩散函数，对分辨率板USAF1951进行成像分析，通过平均法和相移法去除同轴零级像和共轭像的干扰，并结合角谱衍射重建确定最优重建距离。最后介绍两种去噪方法改善成像质量。 2.系统研究影响双透镜FINCH系统空间分辨率的因素。发现FINCH成像系统的有效孔径受图像探测器的参数和点扩散函数实际孔径的影响。同时，通过将其与显微系统结合，对未染色的活生物细胞和微小划痕进行成像。 3.研究螺旋相位调制技术与FINCH技术的结合实现增强物体边缘的基本原理。基于Laguerre-Gaussian光束多种模式相位调制的FINCH系统，研究径向量子数和角量子数的选取对边缘提取和检测效果的影响。将整数阶和分数阶角量予数的螺旋相位调制引入到角谱衍射重建过程中，达到物体边缘提取和增强的效果。
表面检测;非相干数字全息;螺旋相位调制;边缘增强
郑州大学
硕士
测试计量技术及仪器
马凤英
2022
中文
TN911.74
2022-11-22（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）