反射式離軸數(shù)字全息再現(xiàn)像中的噪聲抑制新方法
【專利摘要】本發(fā)明提出的是一種改善反射式離軸數(shù)字全息再現(xiàn)像的質(zhì)量的方法。采用了高斯核函數(shù)抑制零級(jí)像，改進(jìn)的非局部均值濾波抑制散斑噪聲。在空域中對(duì)再現(xiàn)像進(jìn)行處理，零級(jí)像得到了有效地抑制，與頻域法比較，該法抑制零級(jí)像效果好，速度較快，適合動(dòng)態(tài)測(cè)量。在雙核CPU處理頻率是2.8GHz，內(nèi)存2GB的計(jì)算機(jī)仿真得到如下仿真時(shí)間：高斯核函數(shù)空域抑制法抑制獎(jiǎng)牌零級(jí)像用時(shí)0.61s，頻域高斯高通濾波抑制法用時(shí)2.18s。采用改進(jìn)后的非局部均值濾波在抑制散斑噪聲的同時(shí)能較好地保持圖像中的細(xì)節(jié)信息，提高再現(xiàn)像質(zhì)量。
【專利說明】反射式離軸數(shù)字全息再現(xiàn)像中的噪聲抑制新方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種改善反射式離軸數(shù)字全息再現(xiàn)像質(zhì)量的方法，具體如下:改善再現(xiàn)像質(zhì)量是針對(duì)再現(xiàn)像中零級(jí)像和散斑噪聲，對(duì)于零級(jí)像，利用高斯核函數(shù)的低通特性，通過在空域數(shù)字全息圖與高斯核函數(shù)做卷積運(yùn)算，得到全息圖的低頻信息，再利用原數(shù)字全息圖減去獲得的低頻信息，經(jīng)過上述方法的處理可以抑制零級(jí)像；對(duì)于散斑噪聲，采用改進(jìn)后的非局部均值濾波進(jìn)行抑制。
【背景技術(shù)】
[0002]數(shù)字全息技術(shù)隨著CCD性能的提高和計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度的加快，已經(jīng)取得了明顯的進(jìn)步。如今，該項(xiàng)技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于科學(xué)實(shí)踐中。例如，成功應(yīng)用于活細(xì)胞觀測(cè)、透明物體形變、精密工程測(cè)量等研究中。數(shù)字全息技術(shù)雖然有著非接觸、高分辨率和實(shí)時(shí)觀測(cè)的優(yōu)點(diǎn)，但再現(xiàn)時(shí)會(huì)受到零級(jí)像、共軛像和散斑噪聲的干擾，使再現(xiàn)像的細(xì)節(jié)模糊不清，降低再現(xiàn)像的質(zhì)量。因此，再現(xiàn)像中這些噪聲的抑制是非常必要的。
[0003]離軸全息術(shù)能將實(shí)像、共軛像和零級(jí)像在空間分離，使它們之間互不干擾，因此被廣泛研究。但在數(shù)字再現(xiàn)時(shí)，共軛像和零級(jí)像會(huì)對(duì)再現(xiàn)像形成干擾。尤其是零級(jí)像它占據(jù)了大部分的衍射能量。與此同時(shí)，由于物體表面的不光滑，造成散射光的隨機(jī)干涉，使再現(xiàn)像強(qiáng)度起伏變化，形成顆粒狀分布，即散斑分布或散斑噪聲，嚴(yán)重影響再現(xiàn)像質(zhì)量。所以，數(shù)字再現(xiàn)時(shí)零級(jí)像和散斑噪聲的抑制對(duì)再現(xiàn)像的質(zhì)量的好壞有著極其重要的影響。
[0004]對(duì)于零級(jí)像和散斑噪聲的抑制，目前主要從兩方面進(jìn)行研究:一種方法是基于光學(xué)技術(shù)。零級(jí)像的抑制有一步和兩步相移法；散斑噪聲的抑制可以通過記錄下不同波長(zhǎng)記錄的全息圖取平均值，改變參考光的相位或者是橫向移動(dòng)CCD裝置。光學(xué)的方法能有效抑制零級(jí)像和散斑噪聲，但增加光學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置的復(fù)雜性，不利于實(shí)時(shí)測(cè)量。二是采用數(shù)字圖像處理技術(shù)。零級(jí)像的抑制一般是從空域和頻域?qū)θD進(jìn)行預(yù)處理達(dá)到抑制零級(jí)像干擾的目的。在頻域上處理需要正反傅里葉變換，處理時(shí)間較慢；散斑噪聲的抑制一般采用均值濾波、小波閾值濾波和Lee濾波。均值濾波和小波閾值濾波對(duì)圖像中的噪聲和細(xì)節(jié)信息不加區(qū)分地進(jìn)行濾波，會(huì)造成信息的大量丟失，造成圖像模糊不清；Lee濾波是在乘性模型的基礎(chǔ)上推導(dǎo)出來的，但是有時(shí)對(duì)噪聲的靜態(tài)假設(shè)與信號(hào)的實(shí)際情況不符，所以效果并不穩(wěn)定。
[0005]本專利提出的目的是改善反射式離軸數(shù)字全息再現(xiàn)像的質(zhì)量。本專利采用高斯核函數(shù)抑制零級(jí)像，改進(jìn)的非局部均值濾波抑制散斑噪聲。在空域中對(duì)再現(xiàn)像進(jìn)行處理，零級(jí)像得到了有效地抑制，與頻域法比較，該法抑制零級(jí)像效果好，速度較快，適合動(dòng)態(tài)測(cè)量。在雙核CPU處理頻率是2.8GHz,內(nèi)存2GB的計(jì)算機(jī)仿真得到如下仿真時(shí)間:高斯核函數(shù)空域抑制法抑制獎(jiǎng)牌零級(jí)像用時(shí)0.61s，頻域高斯高通濾波抑制法用時(shí)2.18s。采用改進(jìn)后的非局部均值濾波在抑制散斑噪聲的同時(shí)能較好地保持圖像中的細(xì)節(jié)信息，提高再現(xiàn)像質(zhì)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于改善反射式離軸數(shù)字全息再現(xiàn)像的質(zhì)量:首先利用高斯核函數(shù)與數(shù)字全息圖做卷積運(yùn)算，提取低頻信息，再利用原數(shù)字全息圖減去獲得的低頻信息就可以獲得無零級(jí)像干擾的數(shù)字全息再現(xiàn)像；然后在無零級(jí)像干擾的再現(xiàn)像上的基礎(chǔ)上利用改進(jìn)的非局部濾波進(jìn)行散斑噪聲的抑制，最后得到高質(zhì)量的再現(xiàn)像。
[0007]本發(fā)明的具體實(shí)現(xiàn)步驟如下:
[0008]1、反射式離軸數(shù)字全息圖的記錄:采用圖1所示的數(shù)字全息實(shí)驗(yàn)光路，記錄下數(shù)字全息圖，如圖2(a)所示。
[0009]2、零級(jí)像的抑制:首先利用高斯核函數(shù)與步驟I記錄下來的數(shù)字全息圖卷積提取低頻信息，然后利用原數(shù)字全息圖減去獲得的低頻信息，最后得到無零級(jí)像干擾的數(shù)字全息圖。在此基礎(chǔ)之上，采用菲涅耳積分對(duì)無零級(jí)像干擾的數(shù)字全息圖再現(xiàn)，就可以抑制再現(xiàn)像中的零級(jí)像，如圖2(c)所示。
[0010]3、散斑噪聲的抑制:在步驟2的基礎(chǔ)之上，利用改進(jìn)的非局部均值濾波對(duì)散斑噪聲進(jìn)行抑制。設(shè)計(jì)窗函數(shù)截取圖2(c)中實(shí)像得到如圖3(a)的結(jié)果，從圖3(a)可以看出圖像中存在大量散斑噪聲，使圖像模糊不清，影響了圖像的質(zhì)量，所以必須進(jìn)行散斑噪聲的抑制。非局部均值濾波(NLM)是由Buades等人提出的，它的基本原理如下:假設(shè)一幅含噪圖像z={z(i)|ie Ω}，Ω是圖像空間，對(duì)其中像素i的估計(jì)由公式⑴給出，它是圖像中其他像素
【權(quán)利要求】
1.一種改善反射式離軸數(shù)字全息再現(xiàn)像的質(zhì)量的方法，本發(fā)明的具體實(shí)現(xiàn)步驟如下: a、獲取反射式離軸數(shù)字全息圖； b、零級(jí)像的抑制:首先利用高斯核函數(shù)與步驟a記錄下來的數(shù)字全息圖卷積提取低頻信息，然后利用原數(shù)字全息圖減去獲得的低頻信息，最后得到無零級(jí)像干擾的數(shù)字全息圖，在此基礎(chǔ)之上，采用菲涅耳積分對(duì)無零級(jí)像干擾的數(shù)字全息圖再現(xiàn)，就可以抑制再現(xiàn)像中的零級(jí)像； C、散斑噪聲的抑制:在步驟b的基礎(chǔ)之上，利用改進(jìn)的非局部均值濾波對(duì)散斑噪聲進(jìn)行抑制，設(shè)計(jì)窗函數(shù)截取步驟b結(jié)果中的實(shí)像，從實(shí)像中可以看出圖像中存在大量散斑噪聲，使圖像模糊不清，影響了圖像的質(zhì)量，所以必須對(duì)散斑噪聲進(jìn)行抑制；非局部均值濾波(NLM)是由Buades等人提出的，它的基本原理如下:假設(shè)一幅含噪圖像z={z(i) |i e Ω}，Ω是圖像空間，對(duì)其中像素i的估計(jì)由公式(I)給出，
【文檔編號(hào)】G06T5/10GK103473742SQ201310413446
【公開日】2013年12月25日 申請(qǐng)日期:2013年9月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月11日
【發(fā)明者】湯春明, 張洪科, 王金海, 苗長(zhǎng)云, 肖志濤 申請(qǐng)人:天津工業(yè)大學(xué)