本文關(guān)鍵詞：疊層掃描成像系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

  更多相關(guān)文章： 疊層成像 相干衍射 成像質(zhì)量 相位恢復(fù) 疊層隱藏

【摘要】：疊層成像是一種無(wú)透鏡相干衍射技術(shù),不受樣品大小限制以及成像分辨率高,可移植性強(qiáng),對(duì)光學(xué)平臺(tái)的穩(wěn)定性要求較低等優(yōu)點(diǎn),已經(jīng)在可見光域,X射線等不同波段得到了實(shí)驗(yàn)證實(shí)。疊層成像系統(tǒng)在顯微成像、三維形貌測(cè)量和信息安全等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用前景。然而,目前關(guān)于疊層成像的許多研究還處于初級(jí)理論階段,諸多影響成像性能的關(guān)鍵參量還有待研究。論文首先簡(jiǎn)要介紹了課題研究背景與意義,疊層成像系統(tǒng)的基本概念以及發(fā)展與應(yīng)用,然后在分析疊層成像重建算法之前介紹了支撐其發(fā)展的理論基礎(chǔ),包括衍射微光學(xué)理論(主要討論了基爾霍夫理論和角譜衍射理論)和相位恢復(fù)算法(GS算法,楊一顧算法)。在此基礎(chǔ)上,本文主要做了以下創(chuàng)新性的研究：(1)設(shè)計(jì)了三種疊層成像系統(tǒng)來研究影響成像質(zhì)量的三個(gè)關(guān)鍵參量,其分別為：基于單隨機(jī)相位編碼的疊層成像系統(tǒng),基于探針多樣化的廣義疊層成像系統(tǒng),和多波長(zhǎng)的疊層成像系統(tǒng)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有條件,對(duì)于前兩種僅進(jìn)行了數(shù)值模擬研究,對(duì)于第三種系統(tǒng)同時(shí)采用了光學(xué)實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬。研究表明：1.引入隨機(jī)相位編碼后,對(duì)應(yīng)于不同探針的樣品信息隨機(jī)均勻分布到了一系列的衍射圖樣之中,顯著提高了系統(tǒng)抵抗噪聲的魯棒性和算法的收斂速度；2.采用非對(duì)稱和無(wú)規(guī)則的探針,能夠有更大的自由度來調(diào)整探針之間的交疊率和探針之間交疊區(qū)域的分布,使得疊層成像更具可行性；3.多波長(zhǎng)成像系統(tǒng)的成像性能更好,但是隨著波長(zhǎng)數(shù)量的增加,成像質(zhì)量會(huì)達(dá)到一定極限。因此在實(shí)際的疊層掃描成像系統(tǒng)中,應(yīng)該根據(jù)應(yīng)用要求,實(shí)際操作條件和裝置成本來選擇合適的系統(tǒng)方案。(2)將疊層成像應(yīng)用到信息安全中,建立了一種基于三維疊層成像的三維物體隱藏系統(tǒng),使疊層成像系統(tǒng)更具實(shí)用性。三維物體的采集和疊層編碼過程完全采用光學(xué)操作,光學(xué)實(shí)驗(yàn)和計(jì)算機(jī)模擬均表明該系統(tǒng)有較強(qiáng)的可行性和有效性。尤其是由于探針、波長(zhǎng)以及切片之間的距離都可以作為密鑰,該系統(tǒng)具有更高的安全性。并且,該系統(tǒng)還能實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的物體隱藏和提取,具有很高的魯棒性來抵抗噪聲和阻塞攻擊。
【關(guān)鍵詞】：疊層成像 相干衍射 成像質(zhì)量 相位恢復(fù) 疊層隱藏
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(工程管理與信息技術(shù)學(xué)院)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP391.41
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 緒論9-17
• 1.1 課題研究背景與意義9-10
• 1.2 疊層成像的基本概念10-12
• 1.3 疊層成像的發(fā)展與應(yīng)用12-15
• 1.3.1 三維疊層成像顯微技術(shù)12-13
• 1.3.2 疊層成像用于光學(xué)圖像加密13-14
• 1.3.3 傅里葉域疊層成像顯微技術(shù)(FPM)14-15
• 1.4 本文主要研究?jī)?nèi)容15-17
• 1.4.1 研究目標(biāo)和內(nèi)容15-16
• 1.4.2 內(nèi)容組織結(jié)構(gòu)16-17
• 第二章 疊層成像系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)17-29
• 2.1 衍射微光學(xué)基本理論17-23
• 2.1.1 幾種典型的衍射計(jì)算方法17-20
• 2.1.2 基爾霍夫衍射理論和衍射的角譜理論20-23
• 2.2 相位恢復(fù)算法23-25
• 2.2.1 GS算法23-24
• 2.2.2 楊-顧算法24-25
• 2.3 疊層成像的重建算法25-28
• 2.3.1 pPIE算法26-28
• 2.3.2 ePIE算法28
• 2.4 小結(jié)28-29
• 第三章 疊層成像系統(tǒng)的設(shè)計(jì)29-39
• 3.1 基于單隨機(jī)相位編碼的疊層成像系統(tǒng)29-33
• 3.1.1 成像系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理29-30
• 3.1.2 成像系統(tǒng)的重建算法30-32
• 3.1.3 可行性數(shù)值模擬驗(yàn)證32-33
• 3.2 探針多樣化疊層成像系統(tǒng)33-38
• 3.2.1 成像系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案34
• 3.2.2 可行性數(shù)值模擬驗(yàn)證34-38
• 3.4 小結(jié)38-39
• 第四章 多波長(zhǎng)疊層成像系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)39-51
• 4.1 系統(tǒng)原理及算法39-41
• 4.1.1 多波長(zhǎng)疊層成像的基本原理39-40
• 4.1.2 系統(tǒng)的軟件操作算法40-41
• 4.2 數(shù)值模擬結(jié)果及分析41-45
• 4.2.1 不同波長(zhǎng)復(fù)原效果對(duì)比41-44
• 4.2.2 噪聲對(duì)復(fù)原效果的影響44-45
• 4.3 實(shí)驗(yàn)及分析45-50
• 4.3.1 實(shí)驗(yàn)裝置45-46
• 4.3.2 恢復(fù)結(jié)果及分析46-50
• 4.4 小結(jié)50-51
• 第五章 基于三維疊層成像的三維物體隱藏系統(tǒng)51-67
• 5.1 系統(tǒng)描述51-52
• 5.2 系統(tǒng)算法分析52-56
• 5.2.1 系統(tǒng)編碼和隱藏過程52-54
• 5.2.2 提取和重建過程54-56
• 5.3 三維物體隱藏實(shí)驗(yàn)56-59
• 5.4 三維物體隱藏的數(shù)值模擬分析59-65
• 5.4.1 安全性分析61-64
• 5.4.2 魯棒性分析64-65
• 5.5 結(jié)論65-67
• 第六章 總結(jié)與展望67-69
• 6.1 論文的核心工作和主要研究成果67-68
• 6.2 未來的工作展望68-69
• 參考文獻(xiàn)69-73
• 致謝73-75
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷、在學(xué)期間發(fā)表的論文與研究成果75

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