相移动态数字全息成像与测量技术

本书系统介绍数字全息技术的基本原理，详细阐述数字全息技术与其他技术的交叉结合，如数字显微全息技术、相移数字全息技术、水下光纤耦合技术、定量相位成像技术、非相干数字全息成像技术和深度学习在数字全息技术中的应用等。同时《相移动态数字全息成像与测量技术》介绍数字全息技术在不同领域的应用，如水下微生物探测、生物医疗样品显示与测量、微颗粒检测与定位、表面三维形貌测量、地外行星生命探测等。

前言
第1章 绪论 1
1.1 数字全息成像技术发展现状概述 1
1.1.1 数字全息成像技术发展历史 1
1.1.2 数字全息成像技术主要研究机构 3
1.2 数字全息技术主要研究方向 4
1.2.1 数字全息定量相位成像技术 4
1.2.2 数字全息自动聚焦技术 5
1.2.3 数字全息超分辨成像技术 9
1.2.4 数字全息层析技术 17
1.2.5 数字全息噪声抑制技术 19
1.2.6 荧光数字全息成像技术 24
1.3 数字全息主要应用领域 26
1.3.1 地外行星生命探测 26
1.3.2 水下微生物探测 31
1.3.3 生物医疗样品显示与测量 34
1.3.4 微颗粒检测与定位 37
1.3.5 表面三维形貌测量 37
参考文献 40
第2章 数字全息基本原理 48
2.1 数字全息图的记录与实现结构 48
2.1.1 观测目标数学模型 48
2.1.2 同轴全息图、Gabor 全息图、离轴全息图与微离轴全息图 52
2.1.3 菲涅耳全息图与傅里叶全息图 58
2.2 全息图直流项与孪生像抑制 62
2.2.1 离轴全息滤波法 62
2.2.2 相移数字全息 63
2.3 全息图数值重建方法 64
2.3.1 卷积法 64
2.3.2 菲涅耳变换法 65
2.3.3 角谱法 66
2.3.4 小波变换法 66
参考文献 68
第3章 相移数字全息技术 70
3.1 相移算法分类 70
3.1.1 定步长相移算法 70
3.1.2 等步长相移算法 72
3.1.3 随机步长相移算法 73
3.2 相移实现方法及装置 74
3.2.1 时间调制法 74
3.2.2 空间调制法 80
3.3 并行四步相移数字全息成像系统示例 82
3.3.1 基本光路结构 83
3.3.2 并行四步相移数字全息成像系统模型与仿真 84
3.3.3 并行四步相移数字全息成像系统搭建与测试 86
参考文献 87
第4章 水下光纤耦合动态全息系统实现与应用 89
4.1 光纤耦合传输特性分析 89
4.1.1 光纤的波动理论传输基础 89
4.1.2 基于波动法的耦合传输模型分析 92
4.2 水体光学特性分析 100
4.2.1 水体光学吸收特性 104
4.2.2 水体光学散射特性 105
4.3 水下动态全息系统的实现方法 106
4.3.1 水下全息的辐射传递方程 106
4.3.2 水下动态全息的系统结构 107
4.3.3 水下动态全息的方法比较与测试结果 109
4.4 水下动态全息的应用111
4.4.1 海洋浮游生物的原位观测113
4.4.2 海洋环境的实时监测与治理115
4.4.3 深海微生物种群分析116
参考文献117
第5章 数字显微全息技术119
5.1 数字显微全息技术实现方法119
5.1.1 无透镜傅里叶变换全息显微法119
5.1.2 物镜预放大式全息显微法 121
5.2 物镜预放大式全息显微相位畸变与校正 122
5.2.1 物镜二次相位畸变模型 123
5.2.2 相位畸变数值补偿法 124
5.2.3 相位畸变物理补偿法 128
5.3 物镜预放大式全息显微系统实现与测试 130
参考文献 131
第6章 数字全息定量相位成像技术 132
6.1 相位测量技术简介 132
6.1.1 定性相位测量技术 132
6.1.2 定量相位测量技术 134
6.2 相位展开(解包裹算法) 140
6.2.1 路径跟踪算法 140
6.2.2 全局展开算法 143
6.2.3 多波长相位展开算法 146
6.3 激光调频数字全息系统实现与测试 149
6.3.1 基本光路结构 149
6.3.2 并行相移数字全息成像系统的搭建与测试 150
6.4 激光调频显微数字全息系统应用示例 152
6.4.1 光纤连接器探针形变测量 152
6.4.2 植物叶片气孔动态观测(散斑噪声) 153
参考文献 153
第7章 非相干数字全息成像技术 155
7.1 非相干数字全息基本原理 156
7.1.1 非相干全息图的记录 156
7.1.2 全息图的数值再现 158
7.2 非相干数字全息系统实现方式 160
相移动态数字全息成像与测量技术
7.2.1 基于三角干涉光路的非相干数字全息 160
7.2.2 菲涅耳非相干相关数字全息 163
7.2.3 几何相位自干涉非相干数字全息 165
7.3 荧光数字全息显微成像 167
7.3.1 荧光辐射基本过程和显微成像 167
7.3.2 荧光数字全息成像基本原理 169
7.3.3 荧光数字全息三维成像特性 171
7.3.4 荧光显微原理 172
参考文献 174
第8章 深度学习在数字全息技术中的应用 177
8.1 数字全息频谱卷积神经网络降噪方法和原理 177
8.1.1 全息图中散斑噪声模型 178
8.1.2 频谱卷积神经网络 178
8.1.3 训练数据集制作 180
8.2 数字全息频谱卷积神经网络降噪实验 181
8.2.1 模拟全息图降噪分析实验 181
8.2.2 实验全息图降噪分析实验 183
8.3 深度学习在数字全息技术中的应用趋势 186
参考文献 187