[发明专利]一种基于高斯核函数离轴数字全息零级像的抑制方法

说明书

技术领域

一种基于高斯核函数离轴数字全息零级像的抑制方法，属于数据识别、记录载体处理领域。

背景技术

在离轴数字全息再现像中存在着零级像的干扰问题，对数字全息再现像质量有着很大影响。有文献中指出零级像，物光波和参考波在光强相等的情况下，真实像和共轭像能量仅占总衍射能量的1／6, 零级像占据4／6。所以，数字再现时零级像的抑制对再现像的质量的好坏有着极其重要的影响。

目前较为成熟的数字全息零级像的抑制算法有相移法(phase shifting)、全息图减去其均值法(the hologram subtracts its mean) 、全息图减去其局部均值法(the hologram subtracts its local mean)、频域法（frequency domain）和小波变换法（Wavelet transform）等。相移法需要记录多幅全息图，实验装置非常复杂；频域法和小波变换处理由于需要在空域和频域进行之间变换，所以用时较长，并且抑制零级像的效果不好。全息图减去其局部均值能有效抑制零级像，但是在模板较大时，计算速度较慢；减全息图均值法抑制零级像效果较差。

发明内容

本发明的目的在于公开一种基于高斯核函数离轴数字全息零级像的抑制方法，它是利用离轴数字全息再现像互不干扰和零级像的低频特性，引入高斯核函数，并通过在空域高斯核函数与数字全息图做卷积运算，得到全息图的低频信息，再利用原数字全息图减去获得的低频信息以实现零级像的抑制。与现有的前述方法相比，抑制零级像时只需要记录一幅全息图；抑制离轴数字全息零级像效果更好，速度更快，非常适合于动态测量。

本发明的具体实现步骤如下：

1、低频信息的提取：离轴数字全息的频谱关于零级像对称，数字全息再现中的零级像处于低频段，二维高斯核函数频谱具有旋转对称性和低通性，通过高斯核函数与数字全息图在空域做卷积运算可以提取低频信息，即零级像。

2、零级像的抑制：用原数字全息图减去提取的低频信息，得到零级像受到抑制的数字全息图，对它进行菲涅耳积分再现，就可以获得零级像被抑制的再现像。

本发明所涉及的的高斯核函数抑制零级像的方法，是利用离轴数字全息再现像互不干扰和零级像的低频特性，引入高斯核函数，在此基础上，通过在空域高斯核函数与数字全息图做卷积运算，得到全息图的低频信息，再利用原数字全息图减去获得的低频信息以抑制零级像。这一过程是在空域中进行运算，省去了频域和小波变换处理在空域和频域进行变换的时间，比其他空域处理法抑制零级像的效果好。比全息图减去其均值法抑制零级像的效果好，比全息图减去其局部均值运算速度快。综合对比结果显示该方法抑制零级像时只需要记录一幅全息图，适合动态测量，抑制零级像更加有效，计算速度较快。

附图说明

图1基于高斯核函数离轴数字全息零级像的抑制方法的流程图

图2数字全息实验光路示意图

图3模拟的数字全息图

图4模拟数字全息图（即图3）的直接再现像

图5模拟数字全息图（即图3）经本发明处理后的再现像

图6实验的数字全息图

图7实验的数字全息图（即图6）直接再现像

图8实验的数字全息图（即图6）经本发明处理后的再现像

图9用于比较的频域法抑制零级像

图10用于比较的减全息图均值法抑制零级像

图11用于比较的减全息图局部均值法抑制零级像

图12用于比较的小波变换法抑制零级像

具体实施方式

下面给出本发明的优选实施例并结合附图加以说明。

如图1所示，一种基于高斯核函数离轴数字全息零级像的抑制方法，包括如下步骤：

（1）读入记录的数字全息图；

（2）在空域中利用高斯核函数提取数字全息图的低频信息；

（3）用原数数字全息图减去提取的低频信息；

（4）对步骤3得到的结果进行菲涅耳积分再现。

所述的数字全息图低频信息的提取方法是利用MATLABR2009a软件自带函数fspecial产生高斯核函数模板，然后采用函数imfilter，将该模板与数字全息图做二维卷积滤波；菲涅尔积分再现的具体方法是利用一次快速傅里叶变换求解菲涅尔积分运算。