利用频谱相位最大值自适应定位全息正一级频谱

党长营; 李建素; 赵鹏飞; 许泰

doi:10.37188/OPE.20223011.1272

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利用频谱相位最大值自适应定位全息正一级频谱

现代应用光学 | 更新时间：2026-09-11

- 利用频谱相位最大值自适应定位全息正一级频谱
- Adaptivly locating holographic positive first-order spectrum using maximum value of spectral phase
- 光学精密工程 2022年30卷第11期页码：1272-1281
- 作者机构：
  
  1.中北大学先进制造技术山西省重点实验室，山西太原 030051
  2.中北大学机械工程学院，山西太原 030051
- 作者简介：
  
  党长营（1983-），男，河南南阳人，博士，讲师，2007年于黄河科技学院获得学士学位， 2010年于新疆大学获得硕士学位，2016年于西安交通大学获得博士学位，主要从事机器视觉、数字全息、人工智能等的研究。E-mail： dangchangying@163.com
  李建素（1986-），女，重庆荣昌人，博士，副教授，2009年于西南交通大学获得学士学位，2016年于西安交通大学获得博士学位，主要从事数字全息、光电检测、无损检测的研究。E-mail： jslihongcha@126.com
- 基金信息：
  
  山西省基础研究计划资助项目(20210302123047;202103021224199);山西省高等学校科技创新项目(2019L0555);中北大学先进制造技术山西省重点实验室开放课题研究基金资助(XJZZ201904)
- DOI：10.37188/OPE.20223011.1272
  中图分类号： O438.1
- 收稿：2021-12-03，
  
  修回：2022-02-23，
  
  纸质出版：2022-06-10
- 稿件说明：
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党长营,李建素,赵鹏飞等.利用频谱相位最大值自适应定位全息正一级频谱[J].光学精密工程,2022,30(11):1272-1281.

DANG Changying,LI Jiansu,ZHAO Pengfei,et al.Adaptivly locating holographic positive first-order spectrum using maximum value of spectral phase[J].Optics and Precision Engineering,2022,30(11):1272-1281.
党长营,李建素,赵鹏飞等.利用频谱相位最大值自适应定位全息正一级频谱[J].光学精密工程,2022,30(11):1272-1281. DOI： 10.37188/OPE.20223011.1272.

DANG Changying,LI Jiansu,ZHAO Pengfei,et al.Adaptivly locating holographic positive first-order spectrum using maximum value of spectral phase[J].Optics and Precision Engineering,2022,30(11):1272-1281. DOI： 10.37188/OPE.20223011.1272.

摘要

为了解决正一级频谱区域定位方法依赖先验模板或参考光波倾斜角的问题，提出一种利用频谱相位最大值自适应定位全息正一级频谱区域的方法。对预放大数字全息的频谱相位分布进行了理论分析，获知频谱相位的最大值处于正一级频谱的中心位置。利用频谱相位的最大值点与全息频谱振幅的三个区域（正一级、负一级和零级频谱区域）重心的最小距离，判定和定位全息正一级频谱区域。最后，以微孔阵列、相位台阶为样本进行了实验。实验结果与理论分析一致，该方法测量相位台阶的横向误差为3.7 μm，高度标准偏差为4.2%，能准确地定位正一级频谱的区域位置，而不依赖于先验模板或参考光波的倾斜角，为离轴全息频谱滤波提供了一种频谱区域自适应定位方法。

Abstract

The region localization methods of the positive first-order spectrum rely on the prior template or the tilt angle of the reference wave， which can be problematic. Therefore， a new method for locating the positive first-order spectrum that uses the maximum spectral phase value is proposed. The theoretical distribution of the spectral phase in pre-magnified digital holography is analyzed， which reveals that the maximum phase point is located in the center of the positive first-order term spectrum. Furthermore， the minimum distance between the centroids of the three regions （positive first-order spectrum， negative first-order spectrum， and zero-order term spectrum） and the maximum phase point is used to judge and locate the positive first-order spectrum region. Finally， using a micro-hole array and phase step as examples， experiments are carried out， the results of which are consistent with the theoretical analysis. Specifically， they demonstrate that the absolute error is 3.7 μm， and the standard deviation of depth is 4.2% when measuring the phase step. Therefore， the proposed method can accurately locate the positive first-order spectrum region. Moreover， it does not depend on the prior template or the tilt angle of the reference wave， which provides an automatic spectrum localization method for spatial filtering in off-axis digital holographic microscopy.

关键词

Keywords

references

SHIN D ， DANESHPANAH M ， ANAND A ， et al . Optofluidic system for three-dimensional sensing and identification of micro-organisms with digital holographic microscopy ［J］. Optics Letters ， 2010 ， 35 （ 23 ）： 4066 - 4068 . doi: 10.1364/ol.35.004066 http://dx.doi.org/10.1364/ol.35.004066

MEROLA F ， MICCIO L ， PATURZO M ， et al . Driving and analysis of micro-objects by digital holographic microscope in microfluidics ［J］. Optics Letters ， 2011 ， 36 （ 16 ）： 3079 - 3081 . doi: 10.1364/ol.36.003079 http://dx.doi.org/10.1364/ol.36.003079

LAI X M ， XIAO S ， GE Y K ， et al . Digital holographic phase imaging with aberrations totally compensated ［J］. Biomedical Optics Express ， 2018 ， 10 （ 1 ）： 283 - 292 . doi: 10.1364/boe.10.000283 http://dx.doi.org/10.1364/boe.10.000283

MAN T L ， WAN Y H ， YAN W J ， et al . Adaptive optics via self-interference digital holography for non-scanning three-dimensional imaging in biological samples ［J］. Biomedical Optics Express ， 2018 ， 9 （ 6 ）： 2614 - 2626 . doi: 10.1364/boe.9.002614 http://dx.doi.org/10.1364/boe.9.002614

O’CONNOR T ， SANTANIELLO S ， JAVIDI B . COVID-19 detection from red blood cells using highly comparative time-series analysis （HCTSA） in digital holographic microscopy ［J］. Optics Express ， 2022 ， 30 （ 2 ）： 1723 - 1736 . doi: 10.1364/oe.442321 http://dx.doi.org/10.1364/oe.442321

YU X ， HONG J ， LIU C G ， et al . Review of digital holographic microscopy for three-dimensional profiling and tracking ［J］. Optical Engineering ， 2014 ， 53 ： 112306 . doi: 10.1117/1.oe.53.11.112306 http://dx.doi.org/10.1117/1.oe.53.11.112306

WU X C ， SHI L ， LIN Z M ， et al . Dual-beam interferometric particle imaging for size and shape characterization of irregular coal micro-particle： validation with digital inline holography ［J］. Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer ， 2020 ， 241 ： 106728 . doi: 10.1016/j.jqsrt.2019.106728 http://dx.doi.org/10.1016/j.jqsrt.2019.106728

JUNG M ， JEON H ， LIM S ， et al . Color digital holography based on generalized phase-shifting algorithm with monitoring phase-shift ［J］. Photonics ， 2021 ， 8 （ 7 ）： 241 . doi: 10.3390/photonics8070241 http://dx.doi.org/10.3390/photonics8070241

WENG J W ， ZHONG J G ， HU C Y . Automatic spatial filtering to obtain the virtual image term in digital holographic microscopy ［J］. Applied Optics ， 2010 ， 49 （ 2 ）： 189 - 195 . doi: 10.1364/ao.49.000189 http://dx.doi.org/10.1364/ao.49.000189

WENG J W ， LI H ， ZHANG Z B ， et al . Design of adaptive spatial filter at uniform standard for automatic analysis of digital holographic microscopy ［J］. Optik ， 2014 ， 125 （ 11 ）： 2633 - 2637 . doi: 10.1016/j.ijleo.2013.11.035 http://dx.doi.org/10.1016/j.ijleo.2013.11.035

DONG Z ， WANG H Y ， WANG X . Automatic filtering for zero-order and twin-image elimination in off-axis digital holography ［J］. Optical Engineering ， 2019 ， 58 ： 023112 . doi: 10.1117/1.oe.58.2.023112 http://dx.doi.org/10.1117/1.oe.58.2.023112

LI J S ， WANG Z ， GAO J M ， et al . Adaptive spatial filtering based on region growing for automatic analysis in digital holographic microscopy ［J］. Optical Engineering ， 2014 ， 54 ： 031103 . doi: 10.1117/1.oe.54.3.031103 http://dx.doi.org/10.1117/1.oe.54.3.031103

HE X F ， NGUYEN C V ， PRATAP M ， et al . Automated Fourier space region-recognition filtering for off-axis digital holographic microscopy ［J］. Biomedical Optics Express ， 2016 ， 7 （ 8 ）： 3111 - 3123 . doi: 10.1364/boe.7.003111 http://dx.doi.org/10.1364/boe.7.003111

XIAO W ， WANG Q X ， PAN F ， et al . Adaptive frequency filtering based on convolutional neural networks in off-axis digital holographic microscopy ［J］. Biomedical Optics Express ， 2019 ， 10 （ 4 ）： 1613 - 1626 . doi: 10.1364/boe.10.001613 http://dx.doi.org/10.1364/boe.10.001613

李建素，王昭，高建民，等 . 卷积法和角谱法再现显微全息图时补零数的研究［J］. 西安交通大学学报， 2014 ， 48 （ 5 ）： 113 - 117 . doi: 10.7652/xjtuxb201405020 http://dx.doi.org/10.7652/xjtuxb201405020

LI J S ， WANG ZH ， GAO J M ， et al . Zero-padding number of convolution approach and angular spectrum for reconstructing microscopic hologram ［J］. Journal of Xi'an Jiaotong University ， 2014 ， 48 （ 5 ）： 113 - 117 . （in Chinese） . doi: 10.7652/xjtuxb201405020 http://dx.doi.org/10.7652/xjtuxb201405020

LIU Y ， WANG Z ， LI J S ， et al . Phase based method for location of the centers of side bands in spatial frequency domain in off-axis digital holographic microcopy ［J］. Optics and Lasers in Engineering ， 2016 ， 86 ： 115 - 124 . doi: 10.1016/j.optlaseng.2016.05.018 http://dx.doi.org/10.1016/j.optlaseng.2016.05.018

GHIGLIA D C ， ROMERO L A . Robust two-dimensional weighted and unweighted phase unwrapping that uses fast transforms and iterative methods ［J］. Journal of the Optical Society of America A ， 1994 ， 11 （ 1 ）： 107 - 117 . doi: 10.1364/josaa.11.000107 http://dx.doi.org/10.1364/josaa.11.000107

MICCIO L ， ALFIERI D ， GRILLI S ， et al . Direct full compensation of the aberrations in quantitative phase microscopy of thin objects by a single digital hologram ［J］. Applied Physics Letters ， 2007 ， 90 （ 4 ）： 041104 . doi: 10.1063/1.2432287 http://dx.doi.org/10.1063/1.2432287

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