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基于空间光调制器的Single-Shot的三维物体相位恢复算法研究开题报告

 2020-02-10 10:02  

1. 研究目的与意义(文献综述)

1.1 研究目的及意义

光可以表示为包含振幅和相位信息的波函数,但是由于人眼和相机等探测器的响应速度达不到光变化的频率,所以只能看见或探测到实值,即强度信息。随着现代成像及检测要求的日益提高,单纯获得物体的强度信息往往满足不了现代物体识别、处理等的进一步需求,因此需要获得包含信息量更多的物体相位信息,相位信息对于光场函数来说更加重要。

经过数十年的发展,相位恢复算法中干涉测量方法是最为有效的一种,经典的干涉测量方法已经日趋成熟并取得了不俗的成果,但是干涉测量法在获取定量相位时往往需要较为复杂的干涉装置,且对测量环境的要求很高,为此,研究人员不断改进现有的技术或探索新的技术,这些因素共同推动着相位成像领域的蓬勃发展。

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2. 研究的基本内容与方案

本设计研究的主要内容是基于已经取得的叠层衍射成像算法在衍射成像系统中的研究成果,结合单次成像减少机械扫描的优越性,优化重构算法的收敛快速性,提升鲁棒性,并将其应用到更实际的光学成像问题中去。目前物体相位信息获取往往需要配合复杂的辅助光路,增加系统复杂度和误差源。轴向位移相位恢复算法只需要简单的装置且不需要附加光路即可恢复出物体的相位,但数据采集耗时较长。为此,本设计开展基于空间光调制器的single-shot相位恢复算法以实现快速相位恢复。本课题主要分为以下三个方面的内容:

(1) 1.开展二维相位恢复算法向三维物体的扩展:以迭代法和和pie算法为研究重点,分析推导原理并通过matlab对算法进行仿真复现,实现二维物体的相位恢复,随后采用光学切片(optical sectioning)的方法将厚的三维物体分割为多片薄物体,近似利用二维物体相位恢复算法进行迭代扩展,开展基于平行光和汇聚光照射的轴向位移三维物体相位恢复算法研究,实现三维物体的相位恢复;

(2) 2.结合slm的可编程性实现图像精准采集:利用空间光调制器(slm)对光场函数调整的便利性,将slm放置在4f系统的傅里叶平面处,通过在slm上加载透镜相位图,使其实现可编程透镜的功能,任意改变此透镜的焦距值,可以实现不同的散焦距离。由于改变slm上加载的相位函数即可在ccd平面获得不同聚焦面上的相对离焦光强图像从而避免图像采集过程中ccd的移动,实现精准采集;

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3. 研究计划与安排

①2.17-3.3:学习信息光学及光学系统设计有关光的标量衍射理论以及光学系统成像的频率特性等基础理论知识;

②2.4-3.17:阅读现有相位恢复算法的文献综述,翻译英文文献,了解国内外在该方面的现有算法及最新成果进展,总结现有技术的优越与不足;

③3.18-3.24:学习现有算法思想,学习matlab仿真及其在光学课程中的应用,通过matlab软件复现算法;

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4. 参考文献(12篇以上)

[1]郭俊虎. 相干光光强恢复相位的方法研究[d].华中科技大学,2011.

[2]沈成. 基于多图像迭代相位恢复技术的计算成像特性研究[d].哈尔滨工业大学,2018.

[3]刘伟. 基于位相恢复算法的光学图像加密及认证技术研究[d].哈尔滨工业大学,2015.

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