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数字全息技术自20世纪90年代开始应用于微观参量定量检测,一直颇受关注。本书从数字全息技术的背景着手，涵盖数字全息技术的发展概况、基本原理和常见概念辨析，并进一步深入阐述了数字全息技术与其它技术的交叉结合，如数字全息显微镜技术、数字层析全息技术和强度传输算法实现全息图的相位重建技术、深度学习实现全息图降噪等，以及各自在不同领域的应用，如微机电系统器件的形貌及变形检测、加工件表面粗糙度检测、活体细胞或生物组织的非制备检测、透明功能梯度材料检测，以及空间微粒位置检测等。

前言

第1章绪论1

1.1全息技术发展概述1

1.2数字全息技术基本原理1

1.2.1数字全息图记录2

1.2.2数字全息图重建4

1.2.3数值重建算法6

1.3数字全息技术常用概念辨析11

1.3.1数字全息测量与数字干涉测量11

1.3.2同轴全息图与离轴全息图12

1.3.3傅里叶变换全息图与菲涅耳全息图12

参考文献12

第2章数字显微全息技术14

2.1数字显微全息技术发展及其应用概况14

2.1.1数字显微全息技术发展14

2.1.2数字显微全息技术与其他相关显微测量技术的比较15

2.1.3数字显微全息技术国内外应用概况15

2.2数字显微全息关键技术16

2.2.1数字显微全息图的记录16

2.2.2数字显微全息技术中的放大方式17

2.2.3数字显微全息技术中的误差抑制18

2.2.4数字显微全息图的关键参数19

2.3数字显微全息表面粗糙度测量25

2.3.1数字显微全息表面粗糙度测量研究现状25

2.3.2表面粗糙度常用参数的基本定义25

2.3.3数字显微全息图重建相位与物体表面粗糙度值之间的映射27

2.4数字显微全息表面粗糙度测量系统设计及实现29

2.5数字显微全息表面粗糙度测量系统标定及实验分析30

2.5.1系统标定30

2.5.2标准多刻线样板表面粗糙度测量33

2.5.3研磨样块表面粗糙度测量35

参考文献37

第3章相移数字全息技术42

3.1相移数字全息技术的应用42

3.2相移数字全息技术原理43

3.2.1相移数字全息技术基本原理43

3.2.2三步相移同轴全息技术44

3.2.3四步相移同轴全息技术44

3.2.4五步相移同轴全息技术45

3.3两步正交相移同轴全息技术45

3.3.1两步正交相移同轴全息技术研究现状45

3.3.2两步正交相移实现方法46

3.3.3两步正交相移同轴全息技术基本原理49

3.4两步正交相移同轴全息技术模拟分析52

3.4.1模拟分析中的样本参数52

3.4.2标准两步相移同轴全息重建模拟54

3.4.3简易两步相移同轴全息重建模拟55

3.4.4两步正交相移同轴全息相位重建误差分析58

3.5两步正交相移同轴全息重建实验61

3.5.1两步正交相移同轴全息重建实验系统设计与搭建61

3.5.2相移实现及其标定62

3.5.3标准分辨率板USAF强度重建64

3.5.4MEMS微结构样本强度重建66

3.5.5自制微刻玻璃样本相位重建67

参考文献69

第4章断层扫描数字全息层析技术71

4.1常见的断层扫描成像技术71

4.1.1计算机断层扫描成像技术71

4.1.2光学投影层析技术72

4.1.3光学相干层析技术73

4.2断层扫描数字全息层析技术的基本原理74

4.2.1断层扫描数字全息层析技术的发展74

4.2.2断层扫描三维重建的基本原理76

4.2.3层析重建算法78

4.2.4少量投影数字全息层析重建技术80

4.2.5层析重建误差影响因素分析85

4.3断层扫描数字全息层析重建实验88

4.3.1数字单向单幅全息图层析重建88

4.3.2石膏头像计算全息图层析重建93

4.4三视角单幅层析全息图重建模拟和分析96

4.4.1三视角单幅层析全息图频谱分布特征96

4.4.2三视角单幅层析全息图重建模拟97

4.4.3三视角单幅层析全息图重建关键参数分析100

4.5三视角单幅层析全息图重建实验100

4.5.1三视角单幅层析全息图记录系统设计100

4.5.2三视角单幅层析全息图的频谱滤波101

4.5.3三视角单幅层析全息图的数值重建102

4.5.4三视角单幅层析全息图的层析重建106

4.6生物细胞单幅层析全息图重建实验107

4.6.1立式三视角单幅层析全息图记录系统设计107

4.6.2立式三视角单幅层析全息图记录系统搭建与测试110

4.6.3生物细胞单幅层析全息图记录及层析重建111

参考文献113

第5章压缩传感数字全息层析技术117

5.1压缩传感数字全息层析技术原理117

5.1.1压缩传感基本概念119

5.1.2压缩传感理论关键因素分析121

5.1.3压缩传感理论与全息层析重建127

5.2基于压缩传感的无放大全息层析重建方法136

5.2.1基于压缩传感的无放大全息记录136

5.2.2基于压缩传感的无放大全息重建138

5.2.3基于压缩传感的无放大同轴全息层析重建实验141

5.2.4基于压缩传感的无放大离轴全息层析重建实验148

5.2.5轴向分辨率的分析153

5.3基于压缩传感的4F放大同轴全息层析重建155

5.3.1基于压缩传感的4F放大同轴全息层析重建方法155

5.3.2基于压缩传感的4F放大同轴全息层析重建实验160

5.3.3轴向分辨率的分析167

5.4基于压缩传感的点光源放大同轴全息层析重建167

5.4.1基于压缩传感的点光源放大同轴全息层析重建方法168

5.4.2基于压缩传感的点光源放大同轴全息层析重建模拟170

5.4.3基于压缩传感的点光源放大同轴全息层析重建实验174

5.4.4轴向分辨率的分析177

参考文献178

第6章数字全息图非干涉法相位重建及其应用182

6.1强度传输方程技术发展概述182

6.2强度传输方程基本理论183

6.2.1亥姆霍兹方程183

6.2.2强度传输方程的推导185

6.2.3强度传输方程的傅里叶变换求解187

6.3强度传输方程技术中的4F光学成像系统188

6.4数字全息图非干涉法相位重建189

6.4.1数字全息成像与4F光学成像189

6.4.2数字全息图数值调焦功能分析190

6.4.3数字全息图非干涉法相位重建过程191

6.4.4数字全息图非干涉法相位重建很优离焦距离分析192

6.4.5数字全息图非干涉法相位重建精度分析194

6.5单幅全息图非干涉法重建实验196

6.5.1基于单光束同轴全息图的锥形光纤三维轮廓重建196

6.5.2基于离轴全息图的大尺寸透镜梯度折射率重建197

参考文献200

第7章深度学习在数字全息技术中的应用203

7.1数字全息频谱卷积神经网络降噪方法和原理203

7.1.1全息图中散斑噪声模型203

7.1.2频谱卷积神经网络204

7.1.3训练数据集制作206

7.2数字全息频谱卷积神经网络降噪实验207

7.2.1模拟全息图降噪分析实验207

7.2.2实验全息图降噪分析实验210

7.3深度学习在数字全息技术中的应用趋势213

参考文献214

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