《基於小波稀疏表示的壓縮感知數字全息層析技術研究》是依託華南農業大學，由翁嘉文擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於小波稀疏表示的壓縮感知數字全息層析技術研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：翁嘉文
- 依託單位：華南農業大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目為解決目前數字全息層析技術在動態分析時所存在的不足，發展一種新型的數字全息層析成像技術。將壓縮感知理論與數字全息技術相結合，通過引入小波變換對全息圖進行更加精細的稀疏表示，實現基於單幅離軸Fresnel全息圖的壓縮感知數字全息層析成像，以滿足動態分析的需要。主要的研究內容包括理論研究與實驗研究兩方面。理論方面包括：(1)基於壓縮感知理論與數字全息數值重建技術，構建離軸Fresnel全息圖的層析算法框架；(2)通過引入合適的小波變換設計快速有效的稀疏分解算法；(3)最佳化重構算法。實驗方面包括：(1)數值模擬實驗；(2)和算法條件匹配的實驗光路系統的搭建；(3)實驗研究對層析重建算法的最佳化；(4)實驗研究對活體生物樣品層析成像。該項目對解決生命科學研究中對活體樣品動態層析成像分析的迫切需求、促進數字全息層析技術在生命科學研究領域中的廣泛套用，具有重要的科學意義。
結題摘要
目前的數字全息層析技術，需通過旋轉掃描拍攝多個入射角度的全息圖進行層析圖像重建，因此難於實現動態分析。而壓縮感知理論基於信號的稀疏表示，可通過低維空間採樣數據的非相關觀測來實現高維信號的感知。因此，本項目為解決目前數字全息層析技術在動態分析時的不足，將壓縮感知理論與數字全息技術相結合，引入小波變換對全息圖進行稀疏表示，實現基於單幅全息圖的動態層析成像，為動態層析成像提供一種新的方法。研究內容包括理論研究與實驗研究： （1）以雷射作為相干光源，基於單幅離軸Fresnel全息圖光學記錄過程，結合壓縮感知理論與數字全息數值重建技術，構建離軸Fresnel全息圖的層析算法框架。該方法的優越性在於對不同縱向深度的物光場進行重構時，可有效抑制離焦層面圖像的干擾，獲得清晰的層析圖像，最終達到層析成像的目標。（2）採用LED作為非相干光源，將壓縮感知理論引入到非相干數字全息的重構中，構建與其相適應的算法框架，實現基於單幅非相干光數字全息圖的層析成像數值重建。該方法不僅可實現動態層析成像，還可有效抑制由相干光源引起的散斑噪聲和寄生噪聲的干擾。並進一步基於拉格朗日不變數法則，與經典光學成像系統解析度對照，對自干涉非相干數字全息成像系統的橫向以及軸向解析度展開討論。（3）通過對信號進行單層及多層小波分解，構造三維小波變換矩陣對信號進行稀疏投影分解，以設計快速有效的稀疏分解算法，最佳化重構算法。該方法可提高信號的稀疏化程度及精確性。（4）提出多尺度窗截分割法對信號的非稀疏表達進行分割，使每個窗截表達具有良好的稀疏性，從而通過稀疏的窗截表達實現對變換域中的非稀疏信號的壓縮感知處理，以提高重構效率。（5）基於Matlab編寫相關應用程式代碼進行數值模擬研究，最佳化算法，並用於實驗層析成像。（6）搭建和算法條件匹配的實驗光路系統，分別以LED離散光源點，USAF1951解析度測試標板，熊貓保偏光纖為待測物，實現對多個不同縱向深度的物光場的層析重構，並詳細討論了光場層面再現距離與各實驗參數之間的關係。該項目對解決動態層析成像分析的迫切需求、促進數字全息層析技術在生命科學研究領域中的套用，具有重要的科學意義。
