《極少量投影動態數字全息層析重建方法研究》是依託上海大學，由周文靜擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：極少量投影動態數字全息層析重建方法研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：周文靜
- 依託單位：上海大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
數字全息層析技術是一種新型光學層析成像技術，可有效獲取物體斷層信息、物體內部三維結構參數，在生命科學、材料科學等領域具有廣闊的套用潛能。目前數字全息層析技術存在記錄系統複雜、所需全息圖幅數過多、無動態性等瓶頸問題，限制了該技術的實用化。本項目開展融合壓縮感測理論的極少量投影動態數字全息層析重建方法研究，旨在以簡單實用的記錄系統和高效的重建算法實現高精度三維層析重建。研究內容主要有：1、基於壓縮感測理論的極少量投影數字全息層析重建模型研究；2、單幅數字層析全息圖的記錄方法、各向波前分離方法、誤差抑制方法研究；3、各向波前全息圖高質量數值重建方法研究；4、非均勻透明物質高精度三維層析重建方法研究。本研究為動態條件下非均勻透明物質，如非製備活體細胞的微結構或折射率的三維層析重建、透明多功能材料多層折射率、功能塗層光學器件的塗層特性檢測等提供新的理論模型和技術方法。
結題摘要
傳統數字全息技術能獲得透明物質的厚度及平均折射率，但無法重建物質內部單點值或非均勻折射率。傳統層析技術在多幅投影數據的基礎上能獲得被測物體內部信息，但系統缺乏動態特性。為此，本項目開展了基於壓縮感測重建理論的三投影單幅層析全息記錄及壓縮感測全息重建技術研究。首先分析及模擬驗證了傳統數字全息技術理論分析了最少量投影全息層析重建的可行性、壓縮感測理論的數學模型及與數字全息技術的關聯性，分析確定了壓縮感測理論套用於層析全息圖時的稀疏表達基和兩步疊代收縮算法等關鍵因素，比較分析了傳統菲涅衍射算法和兩步疊代收縮算法，提出了三向投影單幅層析全息圖頻域分離方法以及單向投影同軸層析全息圖頻域指數分布減採樣壓縮模式，構建了基於兩步疊代收縮算法的壓縮感測全息重建方法；實驗完成了三向投影單幅層析全息圖的記錄與重建，實現了裸光纖橫截面折射率的三維重建，即非均勻物質內部信息的層析全息重建，重接結果符合光纖實際特性，為光纖橫截面三維折射率或功能材料梯度特性全局無損檢測提供了新的技術方法；基於壓縮感測理論，開展了雙層、三層無放大單幅層析全息圖兩步疊代收縮算法重建實驗，分析了軸向間距、採樣率、信噪比對重建質量的影響等。為降低軸向間距對壓縮層析重建質量的影響，分析提出通過擴大系統光學孔徑增加多層聚焦平面之間的軸向解析度，進一步以雙層聚焦平面為被測樣本，開展了4F放大單幅同軸層析全息圖記錄與重建、點光源放大單幅同軸層析全息圖記錄與重建的實驗分析工作，使得多層聚焦平面的軸向解析度無放大系統的9mm提高至點源放大系統的2.5mm，此數據不在全息技術“景深”範圍內，因此可以滿足單幅層析全息圖分層重建的重建距離間距。項目研究結果有望於實現非均勻物質的動態無損測量（比如活體細胞）、功能材料梯度特性的全局無損檢測、光學元件表面鍍膜厚度檢測等，具有實際的套用價值。
