数字全息显微技术.

调查报告表数字全息技术——数字全息技术的发展与趋势调查人：张博文2011/10/17引言数字全息技术一一即使用计算机产生和重现全息图像,正在引起人们愈来愈大的兴趣。

把物理的成像过程扩展到数字过程,使用现代化计算机作为扩义概念的成像元件,开辟了一个数字化全息成像技术的新时代,十多年来,在世界上获得了迅猛的发展。

人们把二十世纪后的二十年称为信息处理时代，信息论作为现在科学技术的三大支柱产业之一，正在渗入各个领域，引起革命性的变化。

数字全息是一种全新的获取光学信息的方法,它是传统的全息术和数字技术相结合的产物。

数字全息图能够通过计算机，实现数字再现以及物体变形的测量；同时数字全息图也可以利用空间光调制器实现物体三维信息的空间再现。

随着计算机技术和高分辨率图像传感器的飞速发展,数字全息技术的优势正在越来越明显地显示出来,其应用范围已涉及三维形貌测量、形变测量、粒子场测试、显微和防伪等许多领域。

计算机产生全息图最基本的特点是它不需要空间物体的真实存在，而是从物体的数学描述开始，计算出全息图。

使用计算机产生全息图包括两个主要步骤：首先是建立物体的数学描述，并送入计算机，计算出它在空间面上得光波分布；然后是确定一个能够记录计算结果的方法，把计算出的复数波前记录在胶片上或者类似的材料上，就制成了全息图。

记录光波图形的方法：1、直接记录振幅和相位2、使用参考波记录3、付里叶变换全息图——罗曼方法4、条纹型全息图5、相息图6、无参考同轴复合全息图结束语本文简要的综述了用计算机产生和重视各类全息图的基本技术，并简要的列举了它在一些方面的实际应用。

想给人以本门技术——数字全息技术的概貌，揭示出数字全息技术的优点、意义和前景。

然而新技术的发展是层出不穷的，在这一领域内正在发表大量的著作，不断进行着新的探索、研究。

要在这一篇报告里给出一个简略的概括甚至也是不可能的。

最后，让我们再次回到本文开始所提及的，以现代化计算机来作为广义概念的成像元件开始了一个数字化全息成像技术的新时代。

以上的测量研究结果证实，数字全息显微在生物显微动态测量领域有定量、非接触的优点，但测量 对象着眼于厚度与折射率。实际上，生物细胞是较为复杂的样本，对于折射率的测量既使测量过程复杂， 又不能进行标定溯源，因此其准确性有待考量；而厚度的测量准确性又依赖于折射率的准确性。
因此本文提出用光程长作为定量标定生物细胞动态过程的参考量。数字全息显微技术对相位的变化 具有亚纳米级的分辨力，光程长与相位成线性比例，利用数字全息显微技术测量光程长，测量精度亦能 达到亚纳米，可实现纳米生物学、纳米生物医学的测量要求。本文针对活体生物细胞，以定量的光程长 信息作为反映生命状态标志，对生物细胞的实时动态进行测量与分析。利用搭建的透射式数字全息显微 系统对海拉细胞和大肠杆菌进行动态观察，获取光程长，分析光程长与细胞生命状态的关系，了解细胞 的生命过程。
2. 测量系统与测量原理
图 1 所示为透射式数字像面全息显微系统光路示意图。激光光源(XPERAY，波长选择为 690 nm)发 出的光束通过中灰镜 NF 调节到合适光强后，被分光棱镜 BS1 分为两路，物光和参考光，物光束被反射 镜 M1 折转后照射样本，透射后携带有样本的信息被显微物镜 MO1 (Mitutoyo, 50×, N.A. = 0.42)放大。参 考光路设置与物光路相同的显微物镜 MO2，使其放置在与 MO1 相对一致的位置，使畸变相位易于校正。 分光棱镜 BS2 将两路光汇合，在 CCD (PX-2M30-L, Imperx)上发生干涉。BS2 的轴线与光轴成一定角度， 此为离轴角度，使干涉图易于分离实像与零级像的频谱。
( xh , yh ) 是全息面的坐标。U ( xh , yh ) 和 R ( xh , yh ) 分别是传播到全息面的物光波和参考光波的复振幅。
*代表复共轭。因此重构物光波的复振幅过程为

① 直射光 （ 再现光 ） ~~~ A ep[ic ( x, y )]
② 原始像 （ 虚 像 ）
~ ③ 第三项 （实、或虚）~~~ C exp[ io ( x, y)]
~~~ B exp[ io ( x, y )]
膺像：凸、凹 正好相反 ！
五、全息图的实际应用：
1、全息图像显示：
* *
I A [ R( x, y ) O( x, y )][ R ( x, y ) O ( x, y )] I R I o 2 I R I o cos[ R ( x, y ) o ( x, y )]
I R I o 2 I R I o cos ( x, y)
光栅； 透镜； 波带片等。
5、光学信息处理技术：
图像识别； 图像的消模糊和边缘增强； 图像的假彩色编码。
六、全息技术的发展方向和趋势：
1、全息元件：
一些特殊作用的全息元件研制等。
2、全息加密技术：
如何进一步提高全息图的技术含量。
3、全息计量技术：（非线性曝光；增加光程差）
如何进一步提高测量的精度 ； 干涉条纹
。。。。（1）
等式（1）又可化为：
I ( I 0 , ) I 0 [1 V cos ( x, y)]
这里，（2）式中的
。。。（2）
I 0 I R I o 表示物光和参考光的强度
2 I R Io 之和， V 表示干涉条纹的反衬度。 I R Io
另外，根据光路结构参数，通过求解 ( x, y ) ， 可以得到干涉条纹的空间频率：
全息图片
全息图片
全息图片
四、全息过程的基本理论：
实验现象 1、基本理论
（1）记录过程：光波的干涉

数字全息术在安全监控、军事 侦察、通信加密等领域也有潜 在的应用价值。
未来发展方向
1
数字全息术需要进一步发展高分辨率和高灵敏度 的图像传感器和显示器，以提高图像质量和稳定 性。
2
数字全息术需要进一步研究高效的算法和计算技 术，以实现更快速的计算和数据处理。
3
数字全息术需要进一步探索与其他技术的结合， 如人工智能、机器学习等，以拓展应用领域和提 高应用效果。
防伪鉴别
利用数字全息技术可以生成具有唯一 性的光学防伪标签，用于产品的真伪 鉴别。
生物医学成像
显微成像
数字全息术可以用于显微成像，提供高分辨率的细胞和组织结构细节。
生物样品成像
利用数字全息技术可以对生物样品进行无损、无标记的成像，观察细胞和组织的结构和功能。
04
数字全息术面临的挑战与前 景
技术挑战
液晶显示生成全息术的优点在于其低成本和易于集成，适用于需要小型化和轻量 化的场合。此外，液晶显示还可以与其他技术相结合，如柔性显示技术等，实现 可弯曲的全息显示。
03
数字全息术的应用领域
光学信息处理
光学图像处理
数字全息术能够用于光学图像的 处理，包括图像增强、去噪、复 原等，提高图像的清晰度和质量 。
06
数字全息术的实际应用案例
数字全息术的实际应用案例 在光学信息处理中的应用案例
光学信息处理
数字全息术在光学信息处理领域的应用包括全息干涉计量、全息光学元件、全息存储器 等。通过数字全息技术，可以实现高精度、高分辨率的光学信息处理和存储，提高光学
系统的性能和稳定性。
3D显示
数字全息术在3D显示领域的应用包括全息投影和全息电视等。通过数字全息技术，可 以实现高清晰度、高逼真的3D显示，为观众提供沉浸式的视觉体验。

数字全息技术的基本原理
数字全息技术是一种先进的图像处理技术，它能够以数字化的方式将三维物体
的信息转换为可视的全息图像。

其基本原理是利用计算机生成三维模型，并通过算法将其转化为光学信息，最终以全息图像的形式呈现出来。

首先，数字全息技术需要获取被拍摄物体的三维信息。

这可以通过使用3D扫
描仪或者立体摄像机来实现。

这些设备能够捕捉到被拍摄物体的几何形状和纹理信息，并将其转换为数字表示形式。

接下来，这些数字化的数据将经过计算机处理。

计算机将使用一系列算法来处
理这些数据，以生成物体的三维模型。

这个模型包含物体的表面形状、纹理信息和其他细节。

在生成三维模型后，数字全息技术需要将其转化为适合全息图像展示的格式。

这一过程涉及将三维模型分解为数百万个微小的光学记录点，每个点都包含有关物体表面的信息。

这些记录点的位置和属性将被编码到光学介质中。

最后，当光源照射到编码后的光学介质时，光线将与介质中的记录点相互作用，形成干涉，并在观察者的眼睛中形成全息图像。

这种全息图像能够产生逼真的三维效果，并具有较高的视角和深度感。

数字全息技术的基本原理可总结为将三维物体的信息数字化，并通过算法将其
转化为可编码的光学介质，最终产生逼真的全息图像。

这项技术在许多领域中有广泛的应用，如医学、工程、艺术等。

随着技术的不断发展和改进，我们可以期待数字全息技术在未来的进一步创新和应用。

数字全息技术的发展
更快的成像速度
数字全息技术的成像速度取决于记录和重建物体三维图像的时间。随着计算机技术和算法 的不断优化，未来的数字全息技术将具有更快的成像速度，能够实时获取和重建物体的三 维图像。这将有助于提高工业检测和安全监控的效率和准确性
20XX
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数字全息技 术
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汇报日期：20XX年XX月XX日
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目录
CONTENTS
1 数字全息技术的原理 2 数字全息技术的应用 3 数字全息技术的发展
2
数字全息技术
1
数字全息
技术
2
3
数字全息技术是一种利用数字信号来记录和重现物体 的三维图像的技术
它通过将物体照射在激光或其他相干光源上，产生干 涉图案，然后利用数字传感器记录干涉图案，再通过 计算机重建物体的三维图像
下面将对数字全息技术的原理、应用和发展进行详细 介绍
1
数字全息技术的原理
பைடு நூலகம்
数字全息技术的原理
数字全息技术的 原理可以分为三 个步骤：物光的 记录、物光的再 现和再现像的观 察
数字全息技术的原理
物光的记录
物光的记录是通过干涉图案的记录实现的。当相干的光 源照射在物体上时，物体会散射出与原始光源相干涉的 衍射光，形成干涉图案。这个干涉图案可以被数字传感 器记录下来，作为物光的第一步记录
数字全息技术的原理
物光的再现
物光的再现是通过光的相干性实现的。当用相同的光源照射全息图时，全息图会散射出与 原始物光相同的衍射光，形成物光的再现。这个再现的物光可以被观察到，作为物光的第 二步记录

3. 1 菲涅耳变换法
当物体与全息图平面的距离远大于物体的尺寸 时 ,我们可以利用离散逆菲涅耳变换重建原物像[3 ] , 即
M- 1 N- 1
( m , n) = u′
j =0
∑∑h ( j , l ) r ( j , l ) ・
l =0
exp
( Δ ζ + lΔ η ) exp i2 π λ j d′
3. 2 卷积法
由于衍射积分可以看作是物波函数与自由空间 脉冲响应函数
图1 光学全息示意图 (a) 传统的光学全息 ; ( b) 计算全息 ; (c) 数字全息
) = g ( x′ , y′ ,ζ,η
2 ) 2 + (η - y′ )2 1 exp i k d′ + (ζ - x′ 2 iλ ) 2 + (η - y′ )2 d′ + (ζ - x′
物理学和高新技术
数字全息技术的原理和应用 3
郑德香 张 岩 沈京玲 张存林
( 首都师范大学物理系 北京 100037)
摘 要 数字全息是随着现代计算机和 CCD 技术发展而产生的一种新的全息成像技术 . 文章主要介绍数字全息 技术的基本原理 ,数字全息重建中的主要方法以及数字全息技术以其独特的优点在各个领域中的应用 . 关键词 数字全息 ,图像重建 ,微结构检测
其中 G 代表菲涅耳变换算符 , A = G G , a1 , <1 , a2 , <2 分别是光波在物体平面和全息图平面上的振幅 和相位分布 . 杨 - 顾算法也是一种相当重要的方法 , 它不仅解决了一般位相恢复算法中能量损失的问 题 ,而且适用于多波长和多平面系统 ,基本不受初始 值的影响 ,因此采用杨 - 顾位相恢复算法处理的重 建图像具有更高的分辨率 . 图 ( 2) 给出了利用杨 - 顾 算法重建纯吸收物体全息图的一个结果[7 ] , 重建图 像中由头发组成的十字叉丝十分清晰 . 除了上述的几种方法外 ,小波变换 [8 ] ,分数傅立 叶变换 [9 ] 等都可以用来进行数字全息的重建 , 这里 就不再一一赘述 .

重现阶段
在重现阶段，记录下来的干涉图案被用作全 息图。一个与参考光束相同的激光束照射到 全息图上，产生一个复制品，称为全息图的 再现光束。这个再现光束与原始的物光孪生 光束不同，因为它缺少了物体的三维信息。 但是，当它通过一个合适的滤波器时，它可 以重新生成原始物体的图像
3
全息图的记录和重现
全息图的记录通常使 用干涉图案的数字表 示形式，这可以通过 一个数字传感器来实 现。在重现阶段，使 用一个激光束照射全 息图，并使用一个合 适的滤波器来提取原 始物体的图像。滤波 器的作用是从全息图 的再现光束中提取与 原始物体相关的信息
全息图的数字化处理
在数字全息中，全息图的数字化处理是非常重要的。数字化处理包括对全息图的傅里叶变 换、滤波和逆傅里叶变换等操作。这些操作可以提取出原始物体的图像，并将其恢复到原 始空间中的位置。此外，数字化处理还可以提高图像的对比度和清晰度，使其更易于观察 和理解
4
数字全息技术被广泛应 用于许多领域，包括科 学研究、医疗诊断、安
物体的图像
2
记录阶段
在记录阶段，物体被一个激光束照亮，并通过一个分束 器将激光束分成两个部分。一部分激光束直接照射到数 字传感器上，作为物光的参考光束。另一部分激光束通 过全息物体或物体的数字表示(如数字微镜器件或液晶 显示器)，产生物光的孪生光束。这两个光束在空间中 重叠，形成干涉图案，然后被数字传感器记录下来
01
它使用数字传感器来记录全息
图，并使用数字信号处理技术
02
来提取和恢复原始物体的图像
数字全息技术被广泛应用于许
04
多领域，包括科学研究、医疗
诊断、安全监控和娱乐等
03
数字化处理可以改善图像的质 量和清晰度，使其更易于观察 和理解

1994, U. Schnars, W. Juptner, 第一张数字全息图（Direct recording of holograms by a CCD target and numerical reconstruction Formation from Electronically Detected Holograms“, Appl. Phys. Lett.）
②对离轴全息需同时满足分离条件
全息图分类：同轴、离轴菲涅耳全息；同轴、离轴无透镜傅里叶变 换全息；像全息(+MO无透镜傅里叶变换全息情况）
.
数字全息成像基本原理
2.物光波重建：
位相恢复：u(x, y)r*(x, y) r(x, y) u(x, y)
逆向传播得到聚焦像：u(x, y) 畸变 矫正
o(x0, y0 )
o(x0 , y0 ) 2
原始物光场 原始物光场强度分布
argtanIm(o(x0, y0)) Re(o(x0, y0))
原始物光场位相分布（包裹位相）
.
数字全息术的应用
神经细胞 菲涅耳重建
.
数字全息术的应用
卵巢癌细胞
.
数字全息术的应用
西北工大
天津大学
北京工大 .
谢谢
.
object beam
Photographic plate
object beam
Beam splitter
CCD
Beam splitter
(a) Conventional optical holography
(b) Digital holography
.
数字全息技术概述
Digital holography: reconstruction

科技成果——数字全息显微镜
成果简介
透射式离轴数字全息显微镜结合SCI Lab数字全息显微镜应用软件V1.0可实现对生物细胞与微光学元件（微透镜阵列）的三维定量检测与显示。

同时具备剖面画线功能，将二维图像截面化便于局部数据的精确观察。

技术指标
测量速度：最高20帧/秒（可据相机参数进行调整）
轴向测量精度：5nm
轴向测量范围：500um
轴向分辨率：10nm
横向分辨率：最高420nm
测量视场大小：最大1.32x1.76mm2
测量分辨率：1280×960（可据相机参数进行调整）
适用场景：静态与动态
创新点
本系统可对未染色生物细胞、微光学元件进行三维动态观察和定量测量。

其中具备离焦校正、背景校正、亚像素平移、PCA去像差、相位解包裹等功能，并可实现数字全息显微图像的像差补偿，使得三维测量精度显著提高，轴向测量精度可以达到5nm。

项目水平国际先进
成熟程度小试
合作方式合作开发。

数字全息显微的原理和应用1. 引言数字全息显微技术是一种通过数字处理技术将全息图像转化为可视化的显微图像的新兴技术。

本文将介绍数字全息显微的原理以及其在科学研究、医学诊断和工业应用等领域的应用。

2. 原理数字全息显微技术的基本原理是将样本的全息图像记录下来，并通过数字处理技术将其转化为可视化的显微图像。

其原理可以概括为以下几个步骤：2.1 全息图像记录全息图像的记录是通过将被测物体和一个参考光波进行干涉得到的。

具体而言，将激光光束分为两束，一束照射到被测物体上，另一束作为参考光波。

被测物体对激光光束的干涉将导致产生全息图像。

2.2 数字化处理全息图像的记录通常是以模拟方式进行，需要将其转化为数字形式进行处理。

数字化处理可以通过光学转换器件将模拟信号转换为数字信号，或者通过摄像机直接记录全息图像。

2.3 数字全息重建通过数字化处理后，可以对全息图像进行重建，得到可视化的显微图像。

数字全息重建的过程与传统全息显微镜类似，但由于数字化处理的优势，数字全息显微图像可以实现更高分辨率和更好的对比度。

3. 应用数字全息显微技术在科学研究、医学诊断和工业应用等领域都具有广泛的应用。

3.1 科学研究数字全息显微技术在科学研究中可以用于观察微观结构和动态过程。

例如，在生物学研究中，数字全息显微可以提供高分辨率的细胞和组织成像，有助于理解生物过程。

在材料科学研究中，数字全息显微可以用于观察材料的微观结构和变形过程。

3.2 医学诊断数字全息显微技术在医学诊断中有重要的应用。

例如，可以通过数字全息显微图像对人体细胞和组织进行分析，帮助医生诊断疾病。

数字全息显微技术还可以用于眼科诊断，例如通过数字全息显微图像获取视网膜的显微结构，帮助医生判断眼部疾病。

3.3 工业应用数字全息显微技术在工业领域也有广泛应用。

例如，可以利用数字全息显微技术对微电子器件中的缺陷进行检测和分析。

数字全息显微技术还可以用于检测材料的质量和结构，例如观察金属材料的微观结构，评估其性能。

显微数字全息图相位的滤波法提取毛磊;李勇;马利红;张燕珂【摘要】Extraction of phase information is one of the key technologies in microscopy digital holography. The character of spatial spectrum of microscopy digital hologram is analyzed and then a novel method for extracting phase is proposed. The center of object spectrum is moved to the origin of spatial frequency domain. A finite impulse response (FIR) filter is designed, with which the object spectrum is obtained. The phase information of hologram is achieved by calculating the argument of filtered signal. An experimental system is created and the validity of the proposed method is proved. The experimental results show the feasibility of the method.%显微数字全息的关键技术之一是其相位信息的提取.通过分析显微数字全息图的空间频谱特点,提出了一种新的相位提取方法.将数字全息图频谱进行搬移,使物光频谱中心移到频域坐标原点;设计有限脉冲响应(FIR)数字滤波器滤出物光频谱;求解滤波后信号的辐角得到全息图相位.对设计的实验系统进行了验证,实验结果表明采用提出的方法提取显微数字全息相位,完全可行,效果良好.【期刊名称】《光学仪器》【年(卷),期】2012(034)004【总页数】5页(P16-20)【关键词】数字全息显微镜;空间滤波;有限脉冲响应(FIR)滤波器;相位提取【作者】毛磊;李勇;马利红;张燕珂【作者单位】宁波永新光学股份有限公司,浙江宁波315040;浙江师范大学信息光学研究所,浙江金华321004;浙江师范大学信息光学研究所,浙江金华321004;宁波永新光学股份有限公司,浙江宁波315040【正文语种】中文【中图分类】TB877引言随着计算机及数字成像技术的发展，数字全息技术［1］越来越受到人们的关注。

的重 建 过 程 ， 出 了利 用 平 坦 区域 相 位 数 据 进 行 线 性 拟 合 ， 而 获 得 线 性 相 位 畸 变 系 数 的方 法 ， 指 出 对 原 始 提 从 并 包 裹 相 位 图进 行 １ 相 位展 开 是 横 向 剪 切 法 重 建 数 字 全 息 相 位 信 息 的 前 提 。对 无 噪 声 及 含 有 噪 声 的全 息 图 进 维
位重建 方法 ， 如基 于单 幅 全息 图 的“ 自动相 位补 偿法 ” 、 空 间相移 法” “ 向剪 切 法 ”】 ］基 于 两 幅全息 ［ “ ］ ｕ及 横 ＿ ， 图 的“ 双曝 光重 建相 位相 减法 ”１ 基于 相移 数字 全 息技 术 的“ 移 （ 间） ”】 。其 中 ， 于单 幅全 息 图的 ｌ ， 相 时 法 ｌ 胡等 基 相位重 建方 法 ， 由于 能够 实现 准实 时 的全 息记 录和再 现 ， 而具有 更 重要 的实 际意 义 。在基 于单 幅全息 图重 建 因 的 ３种 方法 中 ， 间相移 法太 复杂 ， 时性 稍差 ； 空 实 自动相 位补 偿法 需要 物场 中存 在较 大 的平坦 区域 ， 而且 需要 进
何 相位 畸变 补偿 的像 光场 相位 分 布 乒 ｚ， ； 次 ， 过 数值 移动 自变 量 ｚ， 一个 微 小 的量 ５ 得到 （ 一５ ， （ ） 其 通 ３ ｝ ～５ ｚ
） 和 （ Ｙ ， 与原 始相 位 图相减 ， 而 得 到 未 经 畸变 补 偿 的像 光 场 的剪切 相 位 图 ， 原 始剪 切 相 位 图 ： ｚ， —ｓ） 并 从 即 △ 一 声 ， 一 （ （ ） ｚ— Ｓ， ， ） 一 （ ， 一≠ ｚ， ｚ Ｉ ） （ —ｓ） 由于 Ｓ Ｓ 小 （ 常取 一个 像元 大小 ） △ ， 。 和 很 通 ， △

数字全息实验报告数字全息实验报告引言数字全息技术是一种将数字信息以全息图像的形式呈现出来的技术，可以实现对三维场景的真实感观察。

本次实验旨在探究数字全息技术的原理、应用以及未来发展前景。

一、数字全息技术的原理数字全息技术的原理是将被观察物体的光场信息记录在感光介质上，然后通过光的衍射效应，再现出物体的三维全息图像。

具体来说，实验中使用了激光光源，将光束分为物体光和参考光，经过干涉后形成全息图像。

这一原理使得数字全息技术能够准确地记录物体的形状、颜色和光照信息。

二、数字全息技术的应用领域1. 三维显示：数字全息技术可以实现真实的三维场景显示，为电影、游戏和虚拟现实等领域提供更加沉浸式的体验。

2. 显微镜观察：数字全息技术可以将微小的样本以三维形式呈现出来，使得显微镜观察更加清晰和直观。

3. 防伪技术：数字全息技术可以制作出高度复杂的全息图案，用于制作防伪标签和证件，提高安全性。

4. 医学影像：数字全息技术可以将医学影像以三维形式呈现，有助于医生进行更准确的诊断和手术规划。

5. 艺术创作：数字全息技术为艺术家提供了新的创作手段，可以制作出独特的全息艺术作品。

三、数字全息技术的挑战与未来发展尽管数字全息技术在上述领域有着广泛的应用，但仍存在一些挑战。

首先，制作高质量的全息图像需要复杂的设备和技术，成本较高。

其次，目前的数字全息技术在显示效果和观察角度等方面还有待改进，需要进一步提高图像的清晰度和稳定性。

然而，数字全息技术仍然有着巨大的发展潜力。

未来，随着技术的不断进步，数字全息技术有望在医学、教育、娱乐等领域发挥更大的作用。

例如，在医学方面，数字全息技术可以结合人工智能，实现对疾病的更早诊断和更精准治疗；在教育方面，数字全息技术可以为学生提供更生动、直观的学习材料；在娱乐方面，数字全息技术可以实现更加逼真的虚拟现实体验。

结论数字全息技术是一项具有广泛应用前景的技术，可以在多个领域带来革命性的变革。

尽管目前还存在一些挑战，但随着技术的不断发展，数字全息技术必将在未来发挥更大的作用，为人们带来更加真实、沉浸式的体验。

２．Ｋｅ ｂ ｒ ｔｒ ｆＭ ｏ ｅ Ｏｐｔ ａ ｇｎ ｅｉｇ ｕ ｈ ｕ ２ ５ ０ ｙ Ｌａ ｏ ａｏｙ ｏ ｄ ｍ ｉ ｌＥｎ ｉｅ ｒｎ ，Ｓ ｚ ｏ １ ０ ６，Ｃｈ ｎ ｃ ｉａ）
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第 ３ ９卷 第 ４期
ＶＯ ．９ Ｎ Ｏ４ １３ ．
红 外 与 激 光 工 程
Ｉ ｆａ ｅ ｎ ｓ ｒＥｎ ｉ ｅ ｒ ｇ ｎ ｒ ｄ ａ ｄ Ｌａ ｅ ｇ ｎ ｅ ｉ ｒ ｎ
２１ ０ ０年 ８ 月
Ａｕ ２ ０ ｇ．０１
预 放 大 离 轴 菲 涅 耳 数 字 全 息 显 微 技 术
ＧＡ０ ｎ—ｉ，ＧＵ ｉｈ ａ一 Ｂｅ ｌ Ｊ — ｕ ，ＺＨ０Ｕ ａ ，ＺＨＡＮＧ ｅ Ｈ ｏ－ － Ｗ ｎ
（ ．Ｓ ｈ ｏ ｆＰｈ ｓｃ ｌＳｃｅ ｃ ｎｄ Ｔｅ ｈ ｏ ｏ ｙ １ ｃ ｏ ｌｏ ｙ ｉａ ｉｎ ｅ ａ ｃ ｎ ｌ ｇ ，Ｓｏ ｃ ｏ Ｕｎｖ ｒｉ ｏ ｈ ｗ ｉ ｅｓｔ ｙ，Ｓ ｚ ｕ ２ ５ ０ ｕ ｈｏ １ ０ ６，Ｃｈｎ ｉａ
中 Ｃ Ｄ 记 录面的二 维光 波信 息。设 息显微 系统 ， Ｃ 并对
系统 分 辨 率 进 行 了分 析 。利 用 该 系统 对 新 鲜 的 洋 葱 细 胞 样 本 和 百合 的 茎 细 胞 样 本 进 行 了 实验 研 究 ， 得
到 了其 高 分 辨 率 的 再 现 像
高本 利 ， 济 华 １， 顾 ， 周 皓 ， ２ 一 张 雯 。

Ａｂｓｒ ｃ ： Ａｎ ｅ ｐ ｒｍｅ ｔ ｌｓ ｔ ｐ ｏ ｉｉａ ｏ ｏ ｒ ｐ ｉ ｃ ｏ ｃ ｐ ｓ ｄ ｓｇ ｅ ｎ Ｉ ａ ｔ ｍｅｉ ｆｒ ｃ ｎ ｔｕｃ ｔａ ｔ ： ｘ ｅ ｉ ｎ ａ ｅ ｕ ｆｄ ｇｔ ｌｈ ｌ ｇａ ｈ ｃ ｍｉｒｓ ｏ ｙ ｉ ｅ ｉｎ ｄ ａ ｄ ａｌ ｒ ｈ ｔｃ ｏ ｅ ｏ ｓｒ — ｉ
Ｋ ｙＷｏ ｄ ： ｉ ｔ ｏ ｇａ ｈ ； ｏ ｇａ ｈｃｍ ｃｏｃｐ ；ｏ ｒ ｒ ｒｎｆ ｍ ｅ ｒ ｓ Ｄｇ ａ ｈｌ ｒｐ ｙ Ｈ ｌ ｒｐ ｉ ｉｒｓｏ ｙ Ｆ ｕ ｅ ａ ｓ ｒ ｉ ｌ ｏ ｏ ｉ ｔ ｏ
１ 引 言
目前 ， 国内外许多研究机构正致力于数字全息方面的理论和实验研究 ， 尤其是欧 、 、 美 日等国家的研究 最为活跃。近年来 ， 在数字全息显微测量方面也取得了一些成果 。对显微测量来说 ， 提高分辨率是关 键 。文献 报道了 Ｈ ｓ ｄ ａ ａ 等人用无透镜 Ｆｕ ｅ 变换全息 的方法 ， ｓ ｏｒ ｒ ｉ 实现了数字全息显微测量分辨率达到 １４Ｌ 推动 了数字全息在显微测量方面研究 的发展。但是 ， ．１ ｍ， 由于 目前记录数字全息 图的 Ｃ Ｄ像素尺寸 Ｃ 大， 光敏面尺寸小 ， 致使数字再现像的分辨率低 ， 再现像与孪生像分离困难 。因此 ， Ｃ Ｄ性 能一定 的情 在 Ｃ 况下 ， 如何提高数字全息的分辨率和再现像的清晰度 、 实现再现像与其 它成分 良好分离 、 提高再 现光场的 信噪比， 目 是 前数字全息技术发展和应用中的关键 问题。针对上述问题 ， 人们提出了一些解决方案 ， 主要 有两种思路 ： 一种是设计满足记录采样条件和再现分离条件的光路结构 ， 如采用 同轴全息光路记录数字全 息 图【 既满足了记录采样条件 ， ６Ｊ Ｊ， 又扩大了记录物体的高频信息 ， 特别是按无透镜 Ｆ ｕ ｅ 变换全息光路 ｏｒｒ ｉ 记录全息图时 ， 满足采样条件问题几乎得到完全解决 ； 另一种是实现再现像与孪生像分离 ， 常采用以下两 种方法 ， 一是根据离轴全息 中再现像的分离条件 ， 对数字全息图进行 Ｆｕ ｅ 变换频谱滤波 】将其中零 ｏｒ ｒ ｉ ， 级像和共轭像的频谱滤掉 ， 再现光场 中只剩下原始像 ， 这种方 法的突出优点是 只需要一幅数字全息 图， 实 验装置简单 ， 但此方法需要进行多次 Ｆｕ ｅ 变换 ， ｏｒ ｒ ｉ 再现速度慢 ， 容易造成有用信息的丢失 ， 影响数字全息 再现像的分辨率提高 。二是在同轴记录光路中采用相移技术¨ 。 ， 。… 这种方法不仅容易满足数字全息 的记 录采样条件 ， 而且去除直透光和共轭像的效果好 ， 扩大了原始像的视场 ， 但它至少要记录四幅全息图 ， 而且 装置比较复杂 ， 对环境稳定性的要求较高， 不适用于动态物体和过程的记录， 因此 ， 了其在实际测量 中 限制 的应用 。 本文通过设计一种适用于微观物体的数字全息记录实验光路 ， 介绍将物光波前从全息 图中剥离的再 现算法 ， 出数 字全 息显微 的一 种实 时 再 现 方法 。由于 这 种 方 法 的 实验 装 置 比较 简 单 ， 环 境稳 定性 给 对

无透镜数字全息显微成像技术与应用盛海见;吴育民;文永富;李根;程灏波【摘要】针对微结构和微光学元件等微小物体的表面定量检测,本文介绍了一种利用无透镜数字全息的快速、无损的显微成像方法.首先介绍了基于球面波的无透镜数字全息显微成像技术的基本原理,采用CCD作为光电转换器件,基于迈克尔逊干涉光路,设计了无透镜数字全息显微成像系统,利用反射镜构成折反式光路,系统结构简单、紧凑,提升了系统便携性.然后利用USAF1951分辨率板对构建的成像系统进行了标定实验,得出其横向分辨率为6.69 μm,放大倍率为3.375,系统工作距离为12.0 mm.此外,还对晶圆表面结构进行实际测量.实验验证了该系统的可行性和有效性,有望进一步应用于MEMS、微光学元件、光学元件等表面形貌的定量测量中.%Aiming at the observation of micro structures and micro optical elements,we proposed a fast and nondestructive microscopic observation method based on lensless digital holography technology.Firstly,the basic principle of lensless digital holographic microscopy imaging technology based on spherical wave is D was adapted as photoelectric converter,designed the lensless digital holographic microscopy imaging system based on Michelson interference optical path,and the reflection mirrors were used to form a folded back optical path,which made the system structure simple,compact,and have a better portability.And we used USAF1951 resolution plate performed resolution calibration experiment and got that the resolution of the system was 6.69μm,amplified factor was 3.375,and working distances was 12 mm.A practical measurement of the surface structure of wafer was also carriedout.Experiments verified the feasibility and effectiveness of the system,and the method is expected to be applied to perform quantitative measurement for the surface topography of MEMS,micro optical elements and so on.【期刊名称】《影像科学与光化学》【年(卷),期】2017(035)002【总页数】7页(P99-105)【关键词】无透镜数字全息;显微成像;光学表面检测;MEMS【作者】盛海见;吴育民;文永富;李根;程灏波【作者单位】北京理工大学光电学院光机电联合研究中心,北京100081;北京理工大学深圳研究院,广东深圳518057;北京理工大学光电学院光机电联合研究中心,北京100081;北京理工大学深圳研究院,广东深圳518057;北京理工大学光电学院光机电联合研究中心,北京100081;北京理工大学深圳研究院,广东深圳518057;北京理工大学光电学院光机电联合研究中心,北京100081;北京理工大学深圳研究院,广东深圳518057;北京理工大学光电学院光机电联合研究中心,北京100081;北京理工大学深圳研究院,广东深圳518057【正文语种】中文数字全息显微术是传统光学全息、数字技术与计算机技术的复合技术，使用CCD、CMOS等光电转换器件代替银盐干板记录全息图，用离散傅里叶变换处理来替代光学衍射，实现波前的数字再现[1]，采用数字技术使得图像的再现、存储和传输十分方便[2]，具有迅速、准确、无损测量的特点。