双波长下基于强度传输方程的相位恢复和相位解缠研究

论文摘要

光波场中包含了强度和相位,其中相位携带了物体更多的信息。虽然可以用CCD摄像机测量光强信息,但相位的直接测量仍是一项相当具有挑战性的工作。因此,需要利用简单可测的强度信息来恢复出相位信息,这就是相位恢复技术。目前,该技术已经运用在光学测量、光学相位显微、X射线衍射成像、自适应光学等众多领域。基于强度传输方程的相位恢复作为典型的非干涉确定性相位恢复方法,建立了光强在传播过程中的变化量与相位之间的定量关系,只需测量光波传播方向不同距离处的强度分布,即可通过求解该方程恢复相位信息。该方法具有非干涉、非迭代、无需复杂的光学系统等优势,但仍然存在很多问题需要进一步研究。强度传输方程在单色光傍轴近似条件下推导得出,所以在多波长等复杂条件下,传统的强度传输方程法存在局限性,另外由于强度传输方程仅是由菲涅耳或基尔霍夫积分平方描述的更一般的非线性方程的一个线性逼近,适用于成像距离较小的情况,在远距离传播时,强度传输方程法存在相位恢复精度低的问题。此外,相位缠绕一直是干涉测量术中的一大棘手问题,而强度传输方程相位恢复技术可以直接从强度信息获得绝对相位信息,不存在相位缠绕的问题。因此基于强度传输方程的相位解缠方法具有易于实现和路径独立的特性。然而其相位解缠算法的精度不高且只能应用于单色光场中。针对以上提到的问题,本文展开了相应的研究。主要研究工作和创新点如下:(1)双波长下基于强度传输方程的相位恢复。通过在求解过程中考虑两个波长下相位间的相关约束,并引入了合成波长的思想,提出了双波长下基于强度传输方程的相位恢复算法。同时,考虑到所提双波长强度传输方程法在远距离传播时相位恢复精度较低的问题,将其与角谱迭代算法结合,以期拓展双波长强度传输方程的应用范围。实验结果表明所提算法可以在双波长下有效的恢复相位信息,且不受距离的限制。(2)双波长下基于强度传输方程的相位解缠。将双波长强度传输方程法应用到相位解缠领域,提出了双波长下基于强度传输方程的相位解缠算法。该算法仅需对给定的缠绕相位生成相应平面的辅助光场,将其传播到紧邻平面以获得波前相位重建所需的光场信息,进而利用所提算法即可对缠绕相位图进行相位解缠处理。实验结果表明,该方法不仅提高了解缠相位的精度,而且具有良好的抗噪性能。

论文目录

摘要

Abstract

第一章绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 研究现状

1.3 论文结构与主要工作

第二章基础理论

2.1 光波的表示

2.1.1 单色波

2.1.2 平面波

2.2 标量衍射理论

2.2.1 菲涅耳衍射

2.2.2 夫琅禾费衍射

2.2.3 角谱衍射

2.3 迭代相位恢复算法

2.3.1 GS算法

2.3.2 角谱迭代算法

2.4 基于强度传输方程的相位恢复

2.4.1 强度传输方程的推导

2.4.2 强度传输方程的求解

2.5 本章小结

第三章双波长下基于强度传输方程的相位恢复

3.1 合成波长

3.2 TW-TIE相位恢复算法

3.2.1 TW-TIE算法原理

3.2.2 实验结果与误差分析

3.3 基于TW-TIE的混合迭代相位恢复

3.3.1 算法原理

3.3.2 实验结果与误差分析

3.4 本章小结

第四章双波长下基于强度传输方程的相位解缠

4.1 相位解缠基本原理

4.1.1 干涉测量

4.1.2 相位解缠

4.2 基于TW-TIE的相位解缠

4.2.1 四步相移

4.2.2 算法原理

4.2.3 实验结果与误差分析

4.3 本章小结

第五章总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间取得的成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 高要利

导师: 程鸿,瞿顶军

关键词: 相位恢复,强度传输方程,合成波长,角谱迭代,相位解缠

来源: 安徽大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学

单位: 安徽大学

分类号: O43

总页数: 60

文件大小: 5956K

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