题目：数字全息三维检测关键技术研究

      数字全息干涉测检技术通过以数字方式记录干涉频谱，数字反演解算、再现物体三维数字图像，具有一般传统三维形貌检测方法所不具备的长工作距离、大视场的优势，能够实现微纳尺度的微细结构高精度、全视场、非接触式、无损定量检测，但是该检测技术中仍存在诸多关键技术有待解决。首先，由于采用高相干度的激光作为照明光源，相位再现像中产生了严重的相干噪声，极大地影响了再现像的成像质量，严重制约了检测精度。其次由于反三角函数的周期特性，再现相位像一般都是包裹着的，无法直接反映物体的形貌信息，所以需要合适的解包裹过程。最后，相比于离轴全息，同轴的记录方式更能有效利用相机的空间带宽积，而且可避免引入附加的、光学特性与波长相关的光学元器件，但是同轴全息中再现像、共轭像和零级衍射像在空间上混叠，严重影响成像质量。这些问题都极大地阻碍了数字全息的实际应用。因此，利用现有的数字全息基础，对光路中的相干噪声进行抑制、开发新的相位解包裹算法以及实现对再现像与零级像和共轭像的良好分离非常必要。本文采用理论分析、仿真验证以及实验研究相结合的办法，对上述三个关键技术进行了详细研究，并提出了相应的解决方案。
       1、提出了一种基于旋转照明光的数字全息相位再现像相干噪声抑制方法，该方法是在三维相干噪声场分布特性的基础上，在一定的方位角下，在极向平面内连续转动照明光获取多幅全息图，并且选取适当的旋转角度以确保每次记录的数字全息图相对移动的位置大于三维相干噪声场的横向平均相干噪声大小，以使每次记录的数字全息图中的相干噪声互不相关。然后对多幅数字全息图再现重构后获得的相位再现像进行平均叠加，从而抑制相位再现像中的相干噪声。实验结果以及统计分析皆验证了该方法的有效性。
       2、提出一种基于多波长扫描迭代式的数字全息相位再现像相位解包裹方法，它是利用多幅在不同波长记录条件下的数字全息图相位再现像来进行相位解包裹。由于多幅相位再现像是在不同波长记录条件下获得的，这些相位再现像中相位的跳变位置是各不相同的，而且呈现出不同的相位散斑分布状态，所以单幅包裹相位图中的相位噪声不会在迭代过程中被扩大，可以从一定程度上有效抵制相位噪声的影响，从而降低了一定的解算误差。最后通过将多幅相位再现像的连续部分进行拍频叠加得到正确的解包裹相位像，即物体连续分布的相位信息，以此来换算得到物体正确的三维形貌分布。仿真模拟与实验分析结果，皆证明了该方法对相位解包裹的有效性，而且相较于传统解包裹算法，具有更强的抗相位噪声能力。同时该方法可对包含有台阶的物体包裹相位图成功进相位解包裹，而传统相位解包裹算法对该类物体的包裹相位图已经完全失效。
       3、提出一种基于多波长的同轴数字全息相位恢复算法，该算法利用多波长条件下记录的数字全息图，并在迭代过程中借助光学解包裹原理扩展了测量范围，实现了再现成像面中共轭像祛除的同时获得解包裹的相位分布。同时，由于在物面及记录面添加了约束条件，该算法相比已有的基于多波长的相位恢复算法可以在较少幅数的全息图参与迭代过程的前提下，以更快的迭代收敛速度达到更好的共轭像祛除效果。数值仿真以及实验结果皆证明了该算法的有效性。