1 苏州科技大学物理科学与技术学院，江苏 苏州 215009
2 中国科学院上海光学精密机械研究所空天激光技术与系统部，上海 201800
3 王之江激光创新中心，上海 201800
4 中国科学院空间激光传输与探测技术重点实验室，上海 201800
为了提升远距离浑浊水下离轴全息成像在弹道光子稀疏和强散射光背景下的成像质量，本研究提出了一种基于离轴数字全息的水下散射成像方法，该方法结合了空间滤波装置和参考光光强自由调控。4F针孔滤波系统不仅有效滤除了反射过程中产生的大量散射光子，显著降低了散射噪声，还提高了弹道光子的相干度，优化了成像效果。与直接成像相比，使用4F系统的水下散射成像方法的成像距离增大了45.31%（衰减长度从6.4增大到9.3）。同时，通过精细调控参考光的光强，可以进一步减小相干噪声的影响，提高成像的对比度和重建图像的精度，重建图像的结构相似度（SSIM）普遍提升0.05~0.13，峰值信噪比（PSNR）普遍提升0.5 dB~2.4 dB。所提基于离轴数字全息的水下散射成像方法可将成像距离提升到10.3，此时物体重建像的SSIM值为0.175，PSNR为4.65 dB，RMSE值为164.23。采用神经网络对该重建结果去噪后得到的最佳成像结果是：SSIM值为0.377，PSNR值为7.68 dB，RMSE值为112.74。所提方法为远距离浑浊水下散射成像提供了一种有效的技术方案。
数字全息 散射成像 4F系统 图像处理 弹道光子收集 激光与光电子学进展
2025, 62(14): 1411002
1 哈尔滨工程大学信息与通信工程学院，黑龙江 哈尔滨 150001
2 哈尔滨工程大学黑龙江省先进智能感知技术协同创新中心，黑龙江 哈尔滨 150001
针对离轴数字全息相位恢复质量受零级谱干扰严重的问题，提出一种基于Kronecker卷积衍生谱融合的离轴数字全息高分辨率重建算法。将离轴数字全息图和2×2常数矩阵进行Kronecker卷积，并对卷积后的全息图进行二维傅里叶变换，得到含原生谱和衍生谱的频谱图。根据零级谱的干扰情况，采用不同尺寸的带通滤波器选取多级衍生谱并进行数值重建。最后，采用图像融合技术将所得到的多个重建结果进行融合得到高分辨率重建图像。相较于现有的离轴数字全息重建算法，所提算法可在不增加离轴数字全息结构复杂度的前提下降低零级谱的干扰，从而获取更多的物体信息，实现高分辨率的相位重建。实验结果表明，所提算法计算过程简单，有效降低了零级谱对有效频谱信息的影响，实现了离轴数字全息高分辨率重建。
离轴数字全息 Kronecker卷积 图像融合 相位恢复 激光与光电子学进展
2025, 62(12): 1209002
五邑大学 电子与信息工程学院，广东 江门 529000
在离轴数字全息中，物光和参考光之间存在一定的离轴角度，离轴角度的大小反映了全息图频谱中+1级像和-1级像频谱位置分离的程度，解决了同轴全息中孪生像混叠的问题。然而，离轴角度也会给相位测量引入倾斜畸变，影响相位测量的准确性。为了消除数字全息中的离轴倾斜畸变，提出一种基于高斯高通滤波器(GHPF)的自适应离轴倾斜畸变补偿法，通过对相位图像进行傅里叶变换和高通频域滤波，并根据大部分能量集中在频谱图中很小范围的圆域内的特点，利用能量阈值自适应的选取滤波器的截止频率，提取出相位图像的细节信息等高频部分，实现了去除离轴倾斜畸变和相位成像精度改善。以基于Mach-Zehnder干涉仪的全息光路捕获的全息图为对象进行实验验证，并与其他去除离轴倾斜畸变方法相比较，验证了该方法在离轴倾斜畸变补偿方面的优势。
数字全息 离轴倾斜畸变 高通滤波 截止频率 digital holography off-axis tilt aberration high-pass filtering cut-off frequency
1 宁波大学 信息科学与工程学院，浙江 宁波 315211
2 宁波大学科学技术学院 信息工程学院，浙江 宁波 315212
数字全息图像在压缩过程中产生的失真会降低其重建像的质量,增加了散斑噪声去除的难度。此外,现有散斑去噪方法需要针对不同程度的压缩失真分别训练不同的网络,这限制了其在实际应用中的灵活性。针对上述问题,提出了一种面向压缩失真的数字全息重建像无监督散斑噪声去除方法。基于压缩过程的质量因子,设计了一个压缩感知注意力模块动态调整网络的权重,实现对去噪过程的自适应控制。其次,使用散斑噪声相关性卷积并结合盲点网络架构,以避免采样密度受限而导致细节信息丢失。最后,引入非线性注意力模块增加全局信息的交互,使网络更加精确地捕获散斑噪声。实验结果表明,所提出方法在有效去除散斑噪声的同时能够保留更多的细节信息。与现有方法相比,所提出方法在客观质量评估和主观视觉感知两方面均取得更好的结果。
数字全息 散斑噪声去除 压缩失真 无监督学习 盲点网络 digital holography speckle noise removal compression distortion unsupervised learning blind spot network
Author Affiliations
Abstract
1 National Institute of Information and Communications Technology, Radio Research Institute, Applied Electromagnetic Research Center, Tokyo, Japan
2 Chiba University, Graduate School of Engineering, Chiba, Japan
3 Tohoku University, Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Sendai, Japan
4 Osaka University, SANKEN, Osaka, Japan
We propose a method of full-color, scan-free, and natural-light motion-picture holography for full-color 4D (3D + time) imaging and develop a portable natural-light motion-picture holographic camera that can be set on a movable table without any antivibration structure. Full-color motion-picture holograms of objects illuminated by natural light are obtained at the frame rate of an image sensor. We perform the single-shot natural-light full-color 3D imaging of objects illuminated by sunlight and the full-color 4D imaging of a moving object. This holographic camera is capable of full-color 4D imaging of objects ranging in size from the centimeter order to the 10-m order. This opens up a new stage in holographic imaging, overcoming the limitations of conventional holographic imaging despite the portability of this camera.
incoherent digital holography digital holography holography natural-light holography Advanced Photonics Nexus
2025, 4(3): 036006
1 中国科学院空天信息创新研究院激光工程技术中心，北京 100094
2 中国科学院大学电子电气与通信工程学院，北京 100049
为缩小内窥成像探头体积，以适应更多的使用环境，实现高分辨率超细内窥成像，对一种基于相干光纤束的无扫描无透镜柔性光学内窥相位成像技术开展实验研究。利用1 550 nm单频窄线宽激光器、相干光纤束、高速短波红外相机等建立了成像实验装置，开展了点目标成像实验，研究了相干光纤束纤芯长度不一致引入的相位误差对成像的影响与补偿方法，并进行了理论建模分析。实验结果表明相干光纤束纤芯长度引入的相位误差在长达5 h观察时间内相对稳定，可实现有效的补偿；在相干光纤束远端面10 cm处，点目标横向平移±4 mm内可以实现较好的相位误差补偿，但随着点目标横向偏移的增大，相位误差补偿逐渐变差甚至完全失效。理论分析与仿真结果表明相位误差补偿的角度相关性与相干光纤束内光场的多模传播有关，采用纯单模传输的相干光纤束或对相干光纤束两端面进行精磨以消除纤芯长度误差，可以抑制相位误差补偿的角度相关性，实现有效的补偿。
相干光纤束 内窥成像 相位成像 数字全息 相位误差补偿 coherent fiber bundle endoscopy phase imaging digital holography phase error compensation
红外波段位于可见光波段与微波波段之间，相比较可见光具有热效应、不可见以及穿透性强等特点。随着以红外激光作为相干光源的红外全息技术迅速发展，红外全息技术在无损检测和无透镜成像领域已经表现出可见光全息技术无可比拟的优势。本文回顾了红外全息技术的发展历程，介绍了红外数字全息（Infrared Digital Holography，IRDH）技术、扫描红外数字全息（Scanning Infrared Digital Holography，SIRDH）技术、红外数字全息显微（Infrared Digital Holographic Microscopy，IRDHM）技术的研究状况，归纳总结了红外全息技术的检测优势和典型应用情况，最后展望了红外全息技术的未来发展趋势。
红外全息技术 无损检测 无透镜成像 红外数字全息技术 扫描红外数字全息技术 红外数字全息显微技术 infrared holography nondestructive testing lensless imaging infrared digital holography scanning infrared digital holography infrared digital holographic microscopy
Qingyang Yue 1,2,3Hao Ma 1,2,3Yabo Han 1,2,3Hongyi Huang 1,2,3[ ... ]Chengshan Guo 1,2,3
Author Affiliations
Abstract
1 Shandong Provincial Engineering and Technical Center of Light Manipulations & Shandong Provincial Key Laboratory of Optics and Photonic Device, School of Physics and Electronics, Shandong Normal University, Jinan 250014, China
2 Collaborative Innovation Center of Light Manipulation and Applications, Shandong Normal University, Jinan 250358, China
3 Joint Research Center of Light Manipulation Science and Photonic Integrated Chip of East China Normal University and Shandong Normal University, East China Normal University, Shanghai 200241, China
We propose a method for realizing single-shot high-resolved quantitative birefringence microscopy by extending microsphere-assisted microscopy into polarization holographic microscopy. Based on our proposed imaging system and reconstruction algorithm, we are capable of simultaneously realizing high-resolved polarization holographic imaging and quantitative measurement of 2D birefringence information of dynamic samples. We demonstrated our proposed method by quantitatively imaging a birefringence resolution target, whose resolution (0.71 µm) exceeds the resolution limit of a microscope objective with a numerical aperture of 0.25. Experimental results of rotating holographic diffraction grating with 500 lp/mm further demonstrated the feasibility of our method in birefringence imaging of dynamic samples.
microsphere-assisted microscopy digital holography birefringence parameter Chinese Optics Letters
2025, 23(3): 030501
福州大学物理与信息工程学院，福建 福州 350116
结合光学变换矩阵和柯林斯公式，设计了一个基于几何相位透镜的自干涉数字全息系统，展示了其在处理不同光学配置时的灵活性。推导出的图像重建距离公式仅依赖于4个光学传输矩阵元素、、和，简化了计算过程并显著提高了效率。此外，定义了参数，用于量化受系统几何参数、干涉区域以及衍射距离影响的重建平面上的相对相位变化。通过优化，在不同实验条件下分别实现了、和的图像分辨率。研究证明，柯林斯公式与光学传输矩阵相结合，可有效优化自干涉数字全息系统，提供了一种提高数字全息图像质量和分辨率的实用方法。
几何相位透镜 自干涉数字全息 柯林斯公式 重建距离 图像分辨率 光学变换矩阵
1 河北工程大学数理科学与工程学院，河北 邯郸 056038
2 天津大学精密仪器与光电子工程学院，天津 300072
3 河北省计算光学成像与光电检测技术创新中心，河北 邯郸 056038
4 河北省计算光学成像与智能传感国际联合研究中心，河北 邯郸 056038
呼出气溶胶粒子场的粒子尺寸及其分布特性与健康状态有关，基于此，提出一种基于同轴数字全息的呼出气溶胶粒子场诊断方法。利用连通域方法，从呼出气溶胶粒子场数字全息图再现像中提取粒子尺寸，得到其粒径分布，计算统计参数（D10、D32、D43和DN50）。对14位健康和10位流感志愿者进行了测试，得到健康和流感志愿者的两组粒径统计参数分布及其平均值。在粒径统计参数分布区间内，计算检测正确率，得到每个统计参数的基准点。将这4个基准点和粒径统计参数平均值作为指标，对6位测试志愿者进行测试，根据准确率和变异系数（CV）最小的原则，选择索太尔平均直径作为健康状况判断准则，检测正确率高于80%。本研究为呼出气溶胶粒子场流感初步诊断提供了一种光学方法。
数字全息 粒子场 气溶胶 感染诊断 流感 激光与光电子学进展
2025, 62(2): 0209001
