第1部分多维数字全息技术
第1章平行相移数字全息术3
1.1概述3
1.2引言3
1.3数字全息术和相移数字全息术4
1.4平行相移数字全息术6
1.5平行相移数字全息术的实验演示8
1.6高速平行相移数字全息系统11
1.7单拍飞秒脉冲平行相移数字全息系统15
1.8便携式平行相移数字全息系统16
1.9平行相移数字全息术的功能拓展18
1.9.1使用多波长的平行相移数字全息术18
1.9.2使用多偏振光的平行相移数字全息术19
1.9.3平行相移数字全息显微镜19
1.10展望与小结19
致谢20
参考文献20
第2章对人体大小场景的长波数字全息成像和显示24
2.1引言24
2.2数字全息术原理24
2.2.1菲涅耳方法27
2.2.2数字全息术的优点30
2.3红外数字全息术31
2.4红外数字全息术的最新进展32
2.4.1基于合成孔径的超分辨34
2.4.2对与人等身物体的全息照相36
2.4.3红外数字全息图的可见光模拟重建38
2.4.4被烟雾和火焰掩盖的物体的全息图40
2.5小结44
参考文献44
第3章同轴全息术中的数字全息图处理47
3.1引言47
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3.2全息图像形成的模型48
3.3基于反向传播的数字全息图重建51
3.4将全息图重建表述为一个逆问题53
3.4.1参数物体重建(FⅠ)54
3.4.2对3D透光率分布的重建(FⅡ)57
3.5精确度的估算59
3.6快速处理算法61
3.6.1用于参数物体重建的多尺度算法61
3.6.2缩小字典维度以实现快速全局检测64
3.7小结65
参考文献65
第4章利用压缩数字全息术进行多维成像70
4.1引言70
4.2压缩感知的基础知识71
4.2.1相干性参数73
4.3压缩数字全息感知的精确重建条件74
4.3.1平面波照明物体的压缩感知重建性能74
4.3.2球面波照射物体的压缩感知重建性能76
4.3.3非正则稀疏算符的重建性能78
4.4压缩数字全息感知的应用79
4.4.1基于全息平面欠采样的压缩菲涅耳全息术80
4.4.2利用压缩数字全息术重建在不透明介质之后的物体83
4.4.3根据二维全息图重建三维断层扫描图86
4.5小结91
致谢91
参考文献92
第5章在采用飞秒激光脉冲重建的全息图中的色散补偿95
5.1引言95
5.2色散补偿模块的基本特征96
5.2.1衍射飞秒脉冲传播理论96
5.2.2二阶分析98
5.2.3传统折射透镜系统99
5.2.4色散补偿模块100
5.2.5数值仿真对比102
5.2.6实验结果103
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5.3基于超快光脉冲的色散补偿模块的全息应用109
5.3.1单次拍摄二次谐波信号109
5.3.2双光子显微术中的宽场荧光信号110
5.3.3高速并行微加工113
5.4小结115
致谢116
参考文献116
第二部分多维生物医学成像与显微镜学
第6章先进数字全息显微术在生命科学领域中的应用123
6.1引言123
6.2数字全息显微镜架构123
6.2.1相位步进数字全息显微镜123
6.2.2快速离轴数字全息显微镜124
6.2.3彩色数字全息显微镜126
6.3自动三维全息分析128
6.3.1完整干涉测量信息的提取128
6.3.2生物体的自动三维探测129
6.4应用134
6.4.1微生物的全息分类术134
6.4.2红细胞动力学138
6.5小结142
致谢142
参考文献142
第7章可编程显微术146
7.1引言146
7.2光学设计中的考虑因素及一些典型装置147
7.3液晶空间光调制器151
7.4像差校正153
7.4.1等晕情况153
7.4.2场依赖像差154
7.4.3散焦155
7.5相位衬度成像156
7.5.1暗场成像156
7.5.2泽尔尼克相位衬度方法157
7.5.3干涉衬度方法158
7.5.4组合不同的相位衬度图像160
7.6立体显微术161
7.7小结162
参考文献163
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第8章光学捕获纳米颗粒的全息三维测量术169
8.1引言169
8.2实验装置170
8.2.1光镊系统170
8.2.2同轴数字全息显微镜171
8.3纳米颗粒3D位置测量的实验结果175
8.3.1固定在玻璃基片上的200nm聚苯乙烯颗粒175
8.3.2三维亚像素估算中的轴向步长177
8.3.3光镊中一个直径为200nm聚苯乙烯颗粒的布朗运动178
8.3.4光镊中一个直径为60nm的金纳米颗粒的布朗运动178
8.4用于纳米颗粒全息位置探测的微光场技术181
8.4.1微光场光学显微镜181
8.4.2带有低频衰减滤波器的低相干同轴数字全息显微镜183
8.4.3对直径为100nm的聚苯乙烯纳米颗粒干涉条纹的改进183
8.5小结185
参考文献186
第9章数字全息显微术:一项以纳米级灵敏度定量探究细胞动力学的
新型成像技术191
9.1概述191
9.2引言191
9.3全息技术194
9.3.1传统全息术194
9.3.2从传统全息术到数字全息术194
9.3.3数字全息方法195
9.3.4数字全息显微术195
9.4使用数字全息定量相位显微术进行细胞成像199
9.4.1细胞计数、识别、分类和分析201
9.4.2细胞干质量、细胞生长和细胞周期201
9.4.3细胞膜波动和生物力学特性201
9.4.4绝对细胞体积和跨膜水分运动202
9.4.5神经元细胞动力学研究204
9.5今后的问题206
致谢207
参考文献208
第10章超分辨全息方案222
10.1引言222
10.2数字全息术222
10.3金属纳米粒子224
10.4数字全息术中的分辨率增强226
10.5数字全息术的视场扩大229
10.6消除直流项和孪生像230
10.7其他应用232
参考文献234第三部分多维成像与显示
第11章三维积分成像与显示239
11.1引言239
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11.2基本理论241
11.3全光函数242
11.4全光场的获取方法245
11.4.1积分照相术245
11.4.2全光照相机247
11.5在全光空间中漫步250
11.6在不同深度平面上的强度分布重建252
11.7积分成像显示装置的实现254
11.8小结256
致谢256
参考文献257
第12章各种三维显示器的图像格式261
12.1概述261
12.2引言261
12.3复用方案263
12.4三维成像的图像格式265
12.4.1多视图3D成像的图像格式266
12.4.2容积成像的图像格式283
12.4.3全息成像的图像格式284
参考文献291
第13章用于全息显示器的分别基于光线和波前的三维表示296
13.1引言296
13.2基于光线和基于波前的3D显示器296
13.3基于光线和基于波前的3D表示之间的相互转化299
13.4基于全视差全息立体图的全息打印机301
13.4.1全息3D打印机301
13.4.2全视差全息立体图301
13.5基于光线采样平面的计算全息术302
13.5.1用于电子全息3D显示器的计算技术302
13.5.2使用光线采样平面的CGH计算算法303
13.5.3与基于光线的技术相比较304
13.5.4光学重建305
13.6用光线采样平面为计算全息术进行遮挡剔除306
13.6.1利用光线采样平面进行遮挡剔除的算法306
13.6.2利用光线采样平面的遮挡剔除实验307
13.7计算全息术的扫描垂直相机阵列307
13.7.1高密度光场的获取307
13.7.2扫描垂直相机阵列308
13.7.3垂直插值309
13.7.4光线图像的合成310
13.7.5全视差图像生成实验311
13.8小结和未来要解决的问题314
致谢315
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参考文献315
第14章360°计算全息图的严格衍射理论318
14.1引言318
14.2三维物体及其衍射波前319
14.2.1具有全视角的衍射波322
14.3用于球面全息术的点扩散函数法323
14.3.1球面物体和球面全息图323
14.3.2近似误差325
14.3.3球面全息术的计算机模拟326
14.4严格的点扩散函数法326
14.4.1数值计算331
14.4.2基于严格理论的模拟结果333
14.4.3通过比较进行验证333
14.4.4全息图的生成334
14.5小结336
参考文献336第四部分光谱和偏振成像
第15章基于受激拉曼散射的高速3D光谱成像341
15.1引言341
15.2SRS显微镜的原理和优势342
15.2.1工作原理342
15.2.2与先前拉曼显微术的比较343
15.2.3SRS显微镜中的伪像346
15.2.4物理背景346
15.3用SRS进行光谱成像348
15.4高速光谱成像350
15.4.1高速波长可调谐激光器350
15.4.2实验设置351
15.4.3聚合物微球的观察353
15.4.4光谱分析353
15.4.5组织成像355
15.5小结358
致谢358
参考文献358
第16章基于压缩感知的光谱偏振成像技术363
16.1概述363
16.2单像素成像和压缩感知364
16.3单像素偏振成像365
16.4单像素多光谱成像369
16.5单像素光谱偏振成像374
16.5.1多光谱线性偏振相机375
16.5.2多光谱完整斯托克斯成像偏振计377
16.6结论379
致谢380
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参考文献380
第17章被动偏振成像384
17.1引言384
17.2偏振光的表达式385
17.2.1光学电磁领域385
17.2.2斯托克斯参数和穆勒矩阵386
17.2.3庞加莱球389
17.3偏振反射和辐射390
17.3.1反射390
17.3.2辐射394
17.4大气对偏振属性的影响397
17.4.1反射带398
17.4.2辐射带401
17.5调制偏振计的数据归约矩阵分析403
17.5.1重要等式403
17.5.2斯托克斯偏振计实例404
17.6调制偏振计的傅里叶域分析409
17.6.1旋转分析仪409
17.6.2微网格偏振计411
17.6.3带宽受限的斯托克斯重建412
17.7辐射校准和偏振校准414
17.7.1辐射测量非均匀性校正414
17.7.2偏振校准415
17.8偏振目标检测416
参考文献418