搭建了基于高速数字全息的燃烧颗粒测试系统。通过对全息图进行处理,观察了竹粉颗粒形貌变化和颗粒破碎等现象;验证了对颗粒三维轨迹追踪的可行性;比较了燃烧前后颗粒粒径分布和速度分布。重建结果展示了各种不同形貌竹粉颗粒的清晰图像。统计结果表明,燃烧后的小颗粒(粒径小于30 μm)数量增多,大颗粒(粒径大于50 μm)数量减少;径向速度分布范围变大;轴向速度整体增大,并出现双峰分布,与观察结果吻合较好。

传统的小孔球面波数字同轴全息受小孔的不确定度影响, 成像质量并不理想。本文提出一种产生均匀球面波得到宽视场高分辨的显微成像方法。激光经过扩束镜、显微物镜后聚焦成一个极小的光斑, 调节针孔阵列与焦点的距离, 针孔直径与焦斑相配形成理想球面波。照明被测物后, 透射球面波和物体散射的物光波形成干涉条纹, 由大靶面图像传感器采集。载物与不载物的图像相减去掉脏点和杂光干扰。菲涅耳逆变换重构算法恢复物体信息。生物实验证明, 均匀球面波数字同轴全息能够获得高质量显微成像, 视场范围3.22 mm×3.22 mm, 分辨率5.09 μm, 其快速、非接触、灵活的放大倍率可广泛应用于光学元件检测、材料识别、生物医学领域。

用数字全息进行动态观测时, 由于不同物体记录距离不同, 且不断地变化, 再现像不能始终处于清晰状态。本文提出了利用同轴数字全息视频技术实现在三维空间内对运动物体进行连续动态观测的方法, 研究了其中的动态跟踪聚焦算法和视频处理算法。利用上一帧再现像中观测物体的中心位置作为下一帧全息再现中聚焦窗口的中心位置, 使聚焦窗口始终跟随观测目标移动, 从而保证处理全息视频时每一帧再现像都能准确自动聚焦, 使再现视频中要观测的目标始终处于清晰状态。采用上一帧的聚焦距离为下一帧再现距离的搜索中心、避免处理不同全息图时的重复运算等方式来提高数字全息视频的处理速度。实验结果表明, 本文提出的数字全息视频成像技术能实现在三维空间内对某一特定运动物体进行连续动态观测。

由于水的表面易出现抖动或波动情况，而传统的显微镜成像需要精确的光学焦聚过程，因此不适于观察漂浮于水表面的血吸虫尾蚴.本文论述了用同轴数字全息检测血吸虫尾蚴的基本原理.通过对再现像进行小波分析发现，偏离焦点时的小波变换高频系数的幅值比聚焦时要小得多.针对这一特点，本文对小波变换清晰度评价函数进行了改进，将原来利用高频系数之和改为利用聚焦窗口中高频系数的最大幅值为清晰度评价依据.在模拟实验结果中清晰度评价函数极大值出现在再现距离与记录距离相等处，说明了该算法的准确性.建立了用于血吸虫尾蚴检测的实验装置，可方便获取普通显微图像及数字全息图.实验结果表明，本文提出的算法能实现实际情况下的数字全息自动聚焦，其再现像的分辨率与装有1倍显微镜头的数码显微镜分辨率相当，足以清晰地分辨出血吸虫尾蚴的尾部分叉特征.利用同轴数字全息技术可在水面与图像传感器之间的距离不确定的情况下实现对血吸虫尾蚴的检测.

针对数字同轴全息颗粒场检测中不同层面颗粒的自动聚焦问题，通过分析颗粒场数字同轴全息记录与再现的特点，提出一种颗粒分割识别与独立聚焦方法.给出了对单个颗粒进行聚焦判断的独立聚焦判据函数、以及实现颗粒分割识别和独立聚焦的方法.通过单层单个、两层两个及多层多个颗粒场的实验，验证了所提出方法的正确性.