连续太赫兹波数字全息成像质量研究

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太赫兹(Terahertz,缩写为THz)波段是电磁波谱中唯一尚未完全开发的频段,具有宽光谱、相干性、低能性、惧水性、透视性等重要特性,蕴含着重要的理论研究价值以及广泛的应用前景,吸引力了各国研究人员的广泛关注和极大兴趣。由于太赫兹波携带的光子能量更低,不会造成和X射线类似的电离效应,因此,太赫兹波更适合对生物样品成像。目前,连续太赫兹波数字全息成像的研究才刚刚开始兴起,有望发展一种应用于生物医学成像、形貌检测等方面的新型太赫兹成像方法,可以动态获取物体定量幅值和相位信息。本论文主要针对连续太赫兹波数字全息成像质量进行分析,分别从同轴和离轴太赫兹数字全息两方面开展研究,主要内容如下:  开展了太赫兹同轴数字全息成像研究。主要研究了太赫兹同轴全息图质量增强、再现算法研究以及分辨率提高等方法,因探测器灵敏度低和空气中的水分等多种因素降低太赫兹图像的信噪比和全息图的条纹对比度,采用面向阵列式热释电探测器的图像累加技术和全息图均一化方法提高全息图质量。利用物面和记录平面约束条件的相位复原迭代算法消除同轴数字全息的孪生像。同时,采用外推算法增大探测器的记录尺寸,提高数字全息分辨率进而提高成像质量。搭建了太赫兹同轴数字全息成像系统,利用太赫兹数字全息成像技术对人体肝脏组织等生物样品进行成像,得到了生物样品的幅值和相位再现像。实验表明,太赫兹在生物医学成像中具有非常重要的科学意义与实用价值。  开展了太赫兹离轴数字全息成像研究。基于稀疏采样的全息图压缩方法进行离轴数字全息图数据压缩,随机选取小部分的数据后进行数据重建,这种方法减少重建过程中的数据集,有利于更有效的数据存储和数据传输。另外,提出了一种太赫兹离轴数字全息散斑抑制的方法,通过给离轴数字全息图乘以多幅相同尺寸的随机0-1掩膜板,获得多幅子全息图,利用角谱法分别对每一幅全息图再现,得到对应的幅值再现像,最后将幅值平均叠加后能够抑制散斑噪声,提高成像质量。本文搭建了一套太赫兹离轴反射式数字全息成像系统,对“1元”硬币进行成像,得到了其再现的复振幅像,实验验证和分析了所提出方法的有效性。实验表明,太赫兹离轴反射式成像在形貌检测领域的有着深远的发展前景。
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