相干衍射成像是一種通過測量衍射場的強度分布來獲得物體的二維或三維物體形貌的成像技術。作為一種有效的無透鏡成像方式,相干衍射成像可以實現(xiàn)不受透鏡裝置限制的分辨率,因而被廣泛應用于x射線實驗、電子光學激光器、高諧波光源,以及材料科學、計量學、生物學等領域。迭代式相位恢復算法在相干衍射成像技術中發(fā)揮著重要作用,然而,在相干衍射成像系統(tǒng)中會不可避免的引入噪聲,影響了迭代式相位恢復算法的恢復效果。目前用于相干衍射成像的降噪算法不多,能夠保留再現(xiàn)目標細節(jié)信息的降噪算法更少。因此,此條件下的降噪變得尤為重要。本文通過改進現(xiàn)有的多強度相位恢復算法來提高算法的魯棒性,這也是相干衍射成像中的一項重要任務。重點研究在成像系統(tǒng)的不同階段產(chǎn)生的噪聲類型,充分論述了其對成像系統(tǒng)的影響。因此,本文的目的是通過對相干衍射成像系統(tǒng)引入噪聲的分析,提出一種魯棒性高的相位恢復算法,使相干衍射成像系統(tǒng)可以使用含有噪聲的衍射圖像來獲得高質量的重建結果,其主要內(nèi)容如下:（1）首先,通過分析噪聲對相干衍射成像系統(tǒng)的影響,提出一套新的改進算法,得出了最合理的降噪方案,即在CCD采集時引入的噪聲和直接在圖像上引入噪聲是等價的。其次,展... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：68 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

G-S算法的原理圖

哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文3對于第一次迭代，對象的估計分布(,)kgxy可以通過各種方法得到。比如：（1）通過將測量強度的平方根作為振幅和π到π的隨機數(shù)分布作為相位結合獲得遠場分布，最后得到1g(x,y)；（2）一個隨機復值分布乘以一個已知的支持也可得到1g(x,y)。“誤差下降”的名稱源于這樣一個事實：在迭代例程中，第k次迭代的誤差定義為2-22kkw=[|(,)(,)|]FkvENGvwFvw，只能小于或等于上次迭代的錯誤。迭代過程均使用圖1-2所示進行重構。圖1-2迭代相位恢復通用算法的原理圖從ER算法中得到HIO算法，只需通過修改對象域中的約束條件即可。HIO算法中第k次迭代的步驟與ER算法相同，步驟(iv)除外：1(,)(,)(,)(,),(,)(,)kkkkxyxyxyxyxyggxygg+=，(1-5)這里β是一個常數(shù)，一般β取0.9。β的意義可以用類比在PID控制器中的線性分量的常數(shù)因子PK來解釋。當1PK時，信號非常緩慢地收斂到所需值。當1PK時，信號表現(xiàn)出較大的振蕩，收斂速度較慢。當PK被選為小于1時，信號平滑地接近期望值。(3)噪聲對HIO恢復相位算法的影響首先，遠場強度分布(傅里葉幅度)被各種類型的噪聲所破壞，如泊松噪聲、探測器讀出噪聲和系統(tǒng)中光學元件的寄生散射。其次，在單鏡頭實驗中，測量到的分布通常是不完整的，包括一個缺失的中心(即探測器無法直接記錄極低的空間頻率信息)。HIO算法的一個重要特征是，只能對于無噪聲的過采樣衍射圖，它的經(jīng)驗能力可以避免局部極小值并收斂到全局極小值[32-33]。它對先驗信息的準確性也很敏感(例如，真實空間的支持需要緊密的支撐，特別是在復雜信號的情況下)。然而，在實踐中，簡單的基于混合輸入輸出的技術通常用于光學相位檢索應用。如下圖1-3所示，表示第n次迭代結果中?

哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文4圖1-3迭代過程中物域支撐外非零值的兩個噪聲源[43]對GS、ER、HIO算法進一步改進可得YG算法，其算法流程圖如圖1-4所示，關于算法更全面的細節(jié)可參考文獻[34-35]。圖1-4Y-G算法的原理圖(4)提高相位恢復算法的抗噪特性考慮測量噪聲和迭代中物域支撐外非零值的關系。首先定義頻域測量誤差為：=I+PI(1-6)使用該值可以將物域支撐外區(qū)域非零值分成兩部分——一部分是只由噪聲引起的()n_errn，另一部分是只由迭代量猜測不準確引起的()ph_errn：()()()modph_errn_err-1iarg()-1iarg()=InnnSeeS=++(1-7)這里，是物面迭代量，下標mod表示在頻域進行了振幅約束，上標n代表第n次迭代，桐是頻域迭代量，S代表支撐區(qū)域。我們可以進一步將噪聲項寫成離散形

【參考文獻】：
期刊論文
[1]散斑相關成像:從點擴展函數(shù)到光場全要素[J]. 謝向生,劉憶琨,梁浩文,周建英.  光學學報. 2020(01)
[2]散射成像技術的研究進展[J]. 朱磊,邵曉鵬.  光學學報. 2020(01)
[3]激光通過不同厚度的強散射介質的聚焦[J]. 李瓊瑤,扎西巴毛,陳子陽,蒲繼雄.  光學學報. 2020(01)
[4]基于多距離相位恢復的無透鏡計算成像技術[J]. 劉正君,郭澄,譚久彬.  紅外與激光工程. 2018(10)
[5]High-contrast imaging for weakly diffracting specimens in coherent diffraction imaging[J]. 潘興臣,Suhas P. Veetil,劉誠,林強,朱健強.  Chinese Optics Letters. 2013(02)
[6]基于X射線相干衍射成像的元素分布成像[J]. 祝江威,許子健,劉海崗,張祥志,郭智,王勇,邰仁忠.  核技術. 2012(04)
[7]S變換時頻濾波去噪方法[J]. 趙淑紅,朱光明.  石油地球物理勘探. 2007(04)
[8]基于平移不變的小波去噪方法及應用[J]. 湯寶平,楊昌棋,譚善文,秦樹人.  重慶大學學報(自然科學版). 2002(03)

碩士論文
[1]基于多圖像迭代相位恢復技術的計算成像特性研究[D]. 沈成.哈爾濱工業(yè)大學 2018
[2]基于多強度圖像相位恢復的光場重構理論研究[D]. 郭澄.哈爾濱工業(yè)大學 2016



本文編號：3449012