18、数字全息技术中的噪声控制与景深拓展

数字全息技术中的噪声控制与景深拓展

1. 数字全息中的散粒噪声研究

在离轴外差数字全息技术里，噪声限制是一个关键问题。研究发现，由于全息检测的外差增益，CCD相机的噪声可忽略不计。通过合理安排全息设置，将离轴几何结构与外差全息的相移全息图采集相结合，能够达到理论散粒噪声极限。

理论研究表明，该极限对应于用于重建全息图像的整个帧序列中每个像素一个光电子。这一看似矛盾的结果与外差检测有关，其中检测带宽与测量时间成反比。实验验证了所有结果，表明在极低信号水平下也能对物体成像，还可通过蒙特卡罗噪声建模模拟实验中获得的极弱照明水平全息图。

2. 光学成像中的景深问题

光学成像的一个主要问题是景深有限。所有光学系统都受此限制，难以在单个图像平面中使位于不同距离但处于同一视场的物体同时聚焦。在显微镜等光学系统中，由于高倍率要求，景深会被压缩，这在生物应用中快速分析动态过程时尤为关键。

在传统光学显微镜中，扩展聚焦图像（EFI）通过光学纵向机械扫描和扫描过程中采集一系列图像（即“图像堆栈”）来构建。但数字化多个图像所需的长时间采集阻碍了其在动态事件中的应用。为解决这一问题，针对非相干成像系统开发了一些方法，如使用波前编码、双折射板、具有径向和角度调制的透镜、对数相位掩模或对光瞳函数进行幅度和相位调制等。

3. 菲涅耳全息图的线性变形

考虑在菲涅耳配置下（使用平面参考波）获取的距离CCD为d的物体的数字全息图。物体场的数值重建通过对瑞利 - 索末菲衍射积分的菲涅耳近似进行数值建模得到，公式为：
[b(x,y,d)=\frac{1}{i\lambda d}\iint h(\xi,\eta)r(\xi,\