数字全息成像的空间带宽积优化与扩展

《数字全息成像的空间带宽积优化与扩展》通过数学推导与物理学原理探究，在数字全息成像中对如何扩展空间带宽积进行了讨论，并提出了新型的衍射计算框架与全息成像方法。

本书从空间带宽积的角度对数字全息成像展开了系统研究。空间带宽积一定程度上反映了成像系统的信息容量，如何更好地利用与扩展空间带宽积,对于成像系统来说至关重要。针对数字全息的光学记录与数值重建的两步成像特点,本书在记录与重建方面都提出了对应的策略以提升空间带宽积(或其利用率);对于在计算成像领域广泛应用的数值行射算法也开展了系统研究,并开发了快速.准确、灵活的衍射计算框架;基于相空间的表征方法,提出了局域空间频谱平移效应并基于此提出并验证了相空间合成全息的成像方法。本书可供数字全息成像与数值衍射计算相关领域的学者和科研技术人员参考。

张文辉，2012年考入清华大学精密仪器系，2016年本科毕业获得工学学士以及法学学士学位（第二学位）。2016年免试进入清华大学精密仪器系攻读博士研究生学位，导师金国藩教授，2021年毕业获得清华大学工学博士学位。在校期间，获得国家奖学金、西南联大奖学金、国家基金委公派出国留学、精密仪器系学术新秀、清华大学优秀毕业生、清华大学优秀博士毕业论文等荣誉。

第1章绪论
1.1数字全息概述
1.1.1数字全息发展简史
1.1.2数字全息成像特点与应用场景
1.2数字全息成像原理
1.2.1数字全息光学干涉记录模式
1.2.2数字全息数值衍射重建算法
1.3数字全息成像的空间带宽积
1.3.1空间带宽积
1.3.2空间带宽积的演化
1.3.3干涉与离散化对空间带宽积的影响
1.3.4数字全息成像中的空间带宽积问题与现有解决方法
1.4问题的提出与本书主要研究工作
第2章数字全息成像中的数值衍射计算方法
2.1传统方法的问题
2.1.1基于单次傅里叶变换的菲涅耳变换中的非充分带宽问题
2.1.2角谱法中过度补零浪费计算空间带宽积
2.1.3瑞利索末菲卷积中补零的物理解释
2.2相应解决方案
2.2.1全带宽传输菲涅耳变换法
2.2.2自适应补零角谱法
2.3通用衍射计算框架
2.4本章小结
第3章离轴数字全息空间带宽积优化
3.1离轴数字全息光路结构概述
3.2基于光栅调制的高空间带宽积利用率离轴数字全息
3.2.1原理分析
3.2.2数学模型
3.2.3仿真与实验验证
3.2.4分析与讨论
3.3准共光路双球面波干涉离轴数字全息
3.3.1记录光路与重建策略分析
3.3.2分辨率分析
3.3.3实验验证与讨论
3.4本章小结
第4章同轴数字全息空间带宽积优化
4.1孪生像与零级问题
4.1.1信号像、孪生像与零级的点扩散函数模型
4.1.2稀疏性差异
4.2基于稀疏性差异的压缩感知方法消除孪生像与零级
4.2.1压缩感知基本原理
4.2.2同轴数字全息的压缩感知模型
4.2.3仿真、实验验证与讨论
4.3本章小结
第5章基于相空间合成的高空间带宽积数字全息成像
5.1数字全息成像的相空间分析
5.1.1球面波照明下的局部空间频谱平移效应
5.1.2局部空间频谱平移效应的仿真与实验验证
5.2相空间合成数字全息成像方法
5.2.1原理分析
5.2.2仿真与实验验证
5.2.3方法讨论
5.3本章小结
第6章总结与展望
6.1工作总结
6.2主要创新点
6.3工作展望
参考文献
在学期间完成的相关学术成果
致谢