复杂物体离轴-同轴复合数字全息高分辨率成像

王凤鹏; 王大勇; 王云新; 戎路; 赵洁

doi:doi:10.3788/CJL201845.0609001

中国激光, 2018, 45 (6): 0609001, 网络出版: 2018-07-05

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In-Line and Off-Axis Hybrid Digital Holography for High Resolution Imaging of Complex Shape Objects

王凤鹏 ^1,2王大勇 ^2,*王云新 ²戎路 ²赵洁 ²

作者单位

¹ 赣南师范大学物理与电子信息学院, 江西赣州 341000

² 北京工业大学应用数理学院, 北京100124

图 & 表

图 1. 数字全息光路示意图

Fig. 1. Schematic of digital holography.

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图 2. 复合数字全息再现算法

Fig. 2. Schematic of hybrid phase retrieval algorithm

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图 3. 两种方法的模拟验证。(a)物体;(b)同轴全息图;(c)离轴全息图

Fig. 3. Simulation verification of two methods. (a) Object; (b) in-line hologram; (c) off-axis hologram.

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图 4. 同轴全息图再现结果。(a)强度像;(b)相位像

Fig. 4. Reconstructed results of in-line hologram. (a) Amplitude image; (b) phase image.

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图 5. 离轴全息图再现结果。(a)强度像;(b)相位像

Fig. 5. Reconstructed results of off-axis hologram. (a) Amplitude image; (b) phase image.

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图 6. 再现像误差随迭代次数的变化

Fig. 6. Mean squared errors at each iteration

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图 7. 离轴-同轴复合数字全息再现结果。(a)强度像;(b)相位像

Fig. 7. Reconstructed results obtained by the in-line and off-axis hybrid digital holography. (a) Amplitude image; (b) phase image

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图 8. 实验光路示意图

Fig. 8. Schematic of the experimental setup

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图 9. 分辨率板实验结果。(a)同轴全息图;(b)离轴全息图;(c)同轴全息图传统相位恢复算法再现;(d)离轴全息图约束最优化算法再现;(e)复合数字全息再现

Fig. 9. Experimental results of resolution target. (a) In-line hologram; (b) off-axis hologram; (c) reconstructed by the traditional phase retrieval with the in-line hologram; (d) reconstructed by the constrained optimization algorithm with the off-axis hologram; (e) reconstructed by the in-line and off-axis hybrid digital holography

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图 10. 蜻蜓翅尖实验结果。(a)显微镜成像;(b)同轴数字全息再现强度像;(c)同轴数字全息再现相位像;(d)离轴数字全息再现强度像;(e)离轴数字全息再现相位像;(f)复合数字全息再现强度像;(g)复合数字全息再现相位像

Fig. 10. Experimental results of the wing of a dragonfly. (a) Image obtained by microscopy; (b) amplitude reconstructed image of the in-line hologram; (c) phase reconstructed image of the in-line hologram; (d) amplitude reconstructed image of the off-axis hologram; (e) phase reconstructed image of the off-axis hologram; (f) amplitude reconstructed image of the in-line and off-axis hybrid digital holography; (g) phase reconstructed image of the in-line and off-axis hybrid digital holography

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图 11. 蜻蜓翅尖实验结果对比。(a)两步相移数字全息再现相位像;(b)复合数字全息再现相位像

Fig. 11. Comparison of experimental results of dragonfly wing tips. (a) Phase reconstructed image of the two-step phase-shifting digital holography; (b) phase reconstructed image of the in-line and off-axis hybrid digital holography

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王凤鹏, 王大勇, 王云新, 戎路, 赵洁. 复杂物体离轴-同轴复合数字全息高分辨率成像[J]. 中国激光, 2018, 45(6): 0609001. Fengpeng Wang, Dayong Wang, Yunxin Wang, Lu Rong, Jie Zhao. In-Line and Off-Axis Hybrid Digital Holography for High Resolution Imaging of Complex Shape Objects[J]. Chinese Journal of Lasers, 2018, 45(6): 0609001.

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图 1. 数字全息光路示意图

Fig. 1. Schematic of digital holography.

图 2. 复合数字全息再现算法

Fig. 2. Schematic of hybrid phase retrieval algorithm

图 3. 两种方法的模拟验证。(a)物体;(b)同轴全息图;(c)离轴全息图

Fig. 3. Simulation verification of two methods. (a) Object; (b) in-line hologram; (c) off-axis hologram.

图 4. 同轴全息图再现结果。(a)强度像;(b)相位像

Fig. 4. Reconstructed results of in-line hologram. (a) Amplitude image; (b) phase image.

图 5. 离轴全息图再现结果。(a)强度像;(b)相位像

Fig. 5. Reconstructed results of off-axis hologram. (a) Amplitude image; (b) phase image.

图 6. 再现像误差随迭代次数的变化

Fig. 6. Mean squared errors at each iteration

图 7. 离轴-同轴复合数字全息再现结果。(a)强度像;(b)相位像

Fig. 7. Reconstructed results obtained by the in-line and off-axis hybrid digital holography. (a) Amplitude image; (b) phase image

图 8. 实验光路示意图

Fig. 8. Schematic of the experimental setup

图 9. 分辨率板实验结果。(a)同轴全息图;(b)离轴全息图;(c)同轴全息图传统相位恢复算法再现;(d)离轴全息图约束最优化算法再现;(e)复合数字全息再现

图 10. 蜻蜓翅尖实验结果。(a)显微镜成像;(b)同轴数字全息再现强度像;(c)同轴数字全息再现相位像;(d)离轴数字全息再现强度像;(e)离轴数字全息再现相位像;(f)复合数字全息再现强度像;(g)复合数字全息再现相位像

图 11. 蜻蜓翅尖实验结果对比。(a)两步相移数字全息再现相位像;(b)复合数字全息再现相位像

Fig. 11. Comparison of experimental results of dragonfly wing tips. (a) Phase reconstructed image of the two-step phase-shifting digital holography; (b) phase reconstructed image of the in-line and off-axis hybrid digital holography

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图 1. 数字全息光路示意图

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图 2. 复合数字全息再现算法

Fig. 2. Schematic of hybrid phase retrieval algorithm

图 3. 两种方法的模拟验证。(a)物体;(b)同轴全息图;(c)离轴全息图

Fig. 3. Simulation verification of two methods. (a) Object; (b) in-line hologram; (c) off-axis hologram.

图 4. 同轴全息图再现结果。(a)强度像;(b)相位像

Fig. 4. Reconstructed results of in-line hologram. (a) Amplitude image; (b) phase image.

图 5. 离轴全息图再现结果。(a)强度像;(b)相位像

Fig. 5. Reconstructed results of off-axis hologram. (a) Amplitude image; (b) phase image.

图 6. 再现像误差随迭代次数的变化

Fig. 6. Mean squared errors at each iteration

图 7. 离轴-同轴复合数字全息再现结果。(a)强度像;(b)相位像

Fig. 7. Reconstructed results obtained by the in-line and off-axis hybrid digital holography. (a) Amplitude image; (b) phase image

图 8. 实验光路示意图

Fig. 8. Schematic of the experimental setup

图 9. 分辨率板实验结果。(a)同轴全息图;(b)离轴全息图;(c)同轴全息图传统相位恢复算法再现;(d)离轴全息图约束最优化算法再现;(e)复合数字全息再现

图 10. 蜻蜓翅尖实验结果。(a)显微镜成像;(b)同轴数字全息再现强度像;(c)同轴数字全息再现相位像;(d)离轴数字全息再现强度像;(e)离轴数字全息再现相位像;(f)复合数字全息再现强度像;(g)复合数字全息再现相位像

图 11. 蜻蜓翅尖实验结果对比。(a)两步相移数字全息再现相位像;(b)复合数字全息再现相位像

Fig. 11. Comparison of experimental results of dragonfly wing tips. (a) Phase reconstructed image of the two-step phase-shifting digital holography; (b) phase reconstructed image of the in-line and off-axis hybrid digital holography

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