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双波长数字相移全息相位无背景恢复技术研究

摘要

双波长数字全息技术是一种可以用于三维形貌检测的成像技术，有着非接触，高精度，

无损坏的优点。其中双波长离轴数字全息技术可通过一次曝光采集，实现大纵深边缘锐利

的物体无曝光成像测量，近年引起广泛关注。但是为了实现相位恢复，现有双波长离轴数

字全息常需借助无样本的背景全息图以消除载波相位的影响。而在实际工程中，背景全息

图常难以获得，造成相位恢复质量差甚至无法实现。因此，如何利用一幅有样本的双波长

离轴数字全息图实现准确地、高质量地相位恢复具有十分重要的学术研究价值与工程应用

意义。

本论文“双波长数字相移全息相位无背景恢复技术研究”的研究目的是，利用空间载

波相移、线性回归等技术，实现双波长离轴数字全息在无背景全息图的情况下的高质量恢

复，同时有效地抑制载波对相位恢复的影响，本论文主要研究内容如下：

在分析目前已有的双波长离轴数字全息相位恢复技术的基础上，根据常用算法所存在

的载波残留问题以及需要借助无样本全息图进行额外处理的不足，研究了基于空间载波相

移的相位恢复技术。该技术通过应用空间载波相移技术，在仅有一幅双波长离轴数字全息

图的情况下获得多幅含有不同相移分量的全息图，借助每幅全息图中相移分量之间的差异，

得到估计的载波分量（估计误差为10-5rad/pixel），并使用该估计值对全息图进行处理，抑

制载波信息对相位恢复的影响。

为了进一步提高相位恢复的分辨率，在分析了基于空间载波相移的相位恢复技术的基

础上，研究了结合线性回归的空间载波相移相位恢复技术，该技术通过应用空间载波相移

技术，获取多幅含有不同相移分量的全息图，并应用基于空间载波相移的相位恢复技术完

成载波估计。随后，通过最小二乘迭代技术以及线性回归技术，将载波信息与相位信息相

互分离，在相位恢复过程中，抑制了载波对其造成的影响。在该技术中，同样无需借助无

样本全息图，便可以完成相位恢复操作，在牺牲时间的情况下，获得了高分辨率的相位结

果。

关键词：双波长离轴数字全息；空间载波相移；最小二乘；线性回归；相位恢复

I

双波长数字相移全息相位无背景恢复技术研究

Abstract

Dualwavelengthdigitalholographytechnologyisanimagingtechniquethatcanbeusedfor

three-dimensionalmorphologydetection,withtheadvantagesofnon-contact,highaccuracy,and

nodamage.Amongthem,dualwavelengthoffaxisdigitalholographytechnologycanachievenon

exposureimagingmeasurementofobjectswithsharpedgesinlargedepththroughasingle

exposureacquisition,whichhasattractedwidespreadattentioninrecentyears.However,inorder

toachievephaseretrieval,existingdualwavelengthoffaxisdigitalholographyoftenrequiresthe

useofbackgroundhologramswithoutsamplestoeliminatetheinfluenceofcarrierphase.In

practicalengineering,backgroundhologramsareoftendifficulttoobtain,resultinginpoororeven

impossiblephaseretrievalquality.Therefo