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一种基于生物特征密钥的光学非对称加密方案
摘要： 本文提出了一种基于相位恢复算法和相位截断傅里叶变换（PTFT）方案的光学图像加密非对称密码系统，该系统通过生物特征密钥解决了光学加密过程中密钥分发的安全问题。该系统的加密密钥包括光学生成的生物特征密钥和PTFT方案的随机相位掩模密钥，而解密密钥则作为私钥保存，包括二进制密钥和PTFT方案生成的纯相位掩模。若授权人员通过在接收端提供指纹全息图和重建参数来获取生物特征密钥，则该系统满足具有信息认证功能的非对称密码学标准。利用数字全息技术保存的生物特征密钥特征既用于加密也用于解密操作，从而在解密过程中可通过生物特征密钥验证密文的真实性。通过数值模拟验证了该系统的有效性和可行性。
关键词： 认证、指纹生物特征密钥、非对称密码系统、数字全息术、光学加密与解密
更新于2025-09-23 15:23:52
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采用部分空间相干多光谱光源实现高时间相位稳定性的无散斑共路定量相位成像
摘要： 定量相位成像（QPI）是测定生物细胞和组织等生物物理参数（如折射率和形态）的重要技术。该技术通过离轴和共路数字全息显微镜（DHM）实现。虽然离轴DHM非常适合QPI，但其时间相位稳定性低于共路技术。共路DHM具有更高的时间相位稳定性，但作为相干成像技术，由于光源的高相干性会产生散斑伪影和虚假干涉条纹。这两种伪影不仅会降低图像质量，还会影响相位测量结果。本文报道了采用部分空间相干多光谱光源的共路QPI系统实现方案。通过旋转漫射器降低了红绿激光的空间相干性，并利用共路菲涅尔双棱镜干涉仪实现了无散斑QPI。菲涅尔双棱镜采用自参考模式，除具备高时间稳定性和最少散斑伪影外，还具有无光功率损耗的优势。此外，该系统完全无需在光源端进行空间滤波及参考光束生成，实施非常简便。实验通过工业和生物样品验证了其效果。
关键词： 相位测量、菲涅耳双棱镜干涉仪、数字全息术、相干性
更新于2025-09-23 15:23:52
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[2018年IEEE国际纳米尺度操纵、制造与测量会议(3M-NANO) - 杭州(2018.8.13-2018.8.17)] 2018年IEEE国际纳米尺度操纵、制造与测量会议(3M-NANO) - 数字全息显微镜中的相位噪声优化
摘要： 本文提出了一种相位噪声优化方法以提升数字显微全息（DHM）的成像质量。该方法利用二维经验模态分解（BEMD）对数字全息图进行分解。根据分解原理，一阶本征模态函数（IMF1）的特性接近理想干涉条纹的灰度值。因此，采用BEMD方法后，数字全息图的干涉条纹得到增强优化，从而可提取出噪声降低的相位图像。通过纳米台阶实验验证了该方法的降噪有效性。
关键词： 数字全息术、相位、二维经验模态分解、噪声
更新于2025-09-23 15:22:29
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离轴数字全息图二值化的全局与局部阈值方法比较评估
摘要： 二进制数字和计算机生成的全息图被应用于多种数字微镜器件（DMD）场景，包括全息显示、介质表征、光学加密等。二值化是最简单高效的全息图压缩方法之一。本文基于属性相似性、聚类分析、熵值、直方图形态及局部自适应因子，对12种局部与18种全局阈值技术（分属不同类别）进行了分析与比较。采用这些方法对不同物体的离轴数字全息图进行光学记录与二值化处理，并通过PSNR和SSIM指标对比重建图像的振幅质量。结果表明：基于聚类的方法实现了最高质量；全局与局部二值化方法的平均效果相当。
关键词： 图像二值化、全息图压缩、阈值处理、数字全息术、数字图像处理、数字微镜器件
更新于2025-09-23 15:21:21
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合成数字全息术的像平面干涉共相技术
摘要： 合成孔径是一种高分辨率成像技术，能够突破传统孔径的瑞利极限分辨率限制，而数字全息术则是一种高效的数字成像工具。当合成孔径与数字全息技术结合时，无需复杂的 光学路径调节系统即可实现数字式高分辨率成像。然而由于位置误差和相位误差的存在，这种合成往往难以实现。本文分析了这些误差（主要包括相位误差、形状误差与位置误差）的来源及影响，并提出了一种基于有效像平面干涉的数字共相方法。通过将随机并行梯度下降（SPGD）算法与基于KAZE特征的配准算法相结合，分别校正失相误差与形状/位置误差。实验表明，该方法无需任何光路调节即可获得高分辨率合成图像。该方案的最大优势在于适用于远近不同距离场景，或传感器间距较大、传感器尺寸较大、以及传感器间夹角较大的情况。
关键词： SPGD（随机并行梯度下降算法）、合成孔径、基于KAZE特征的配准、干涉成像、数字全息术、散斑
更新于2025-09-23 15:21:01
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煤粉粒径分布测量的数字全息尺寸分析仪：初步模拟与实验
摘要： 燃煤电厂中煤粉粒径分布的在线连续测量仍具挑战性。本研究开发了一套基于数字全息技术（DH）的煤粉粒径测量系统。通过模拟量化了像素尺寸、记录距离、颗粒粒径及浓度等因素对DH法粒径测量的影响，由此确定了适宜的像素尺寸、记录距离和颗粒浓度参数。基于模拟结果搭建测量系统并应用于煤粉样品粒径分布测量。结果表明：全息图能清晰重建颗粒影像，实测粒径分布与激光粒度仪测量结果高度吻合。该研究表明数字全息粒径仪在电厂管道煤粉粒径分布测量领域具有显著应用潜力。
关键词： 数字全息术、粒度分布、煤粉、在线测量
更新于2025-09-23 15:21:01
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部分相干照明无透镜显微镜的实验分析与设计策略
摘要： 无透镜显微镜相比传统显微镜通过简单配置即可实现大视场成像（FOV），因其成本效益和便携性在资源有限地区极具吸引力。LED和激光二极管（LD）凭借小巧封装和低成本优势，均展现出作为无透镜显微镜（尤其是便携式）合理照明源的潜力。然而根据全息定理，复杂光场重建算法需将光源视为高度相干光源，而LED和LD仅能提供部分相干照明。本文系统性地实验分析了部分相干照明下无透镜显微镜的成像性能，涵盖LED/LD照明下的自动对焦、不同LED空间相干度下的成像表现以及LED/LD照明条件下的成像效果?；诜治鼋峁颐翘岢隽宋尥妇迪晕⒕瞪杓频南喙亟崧?，认为这些实验与结论能为实践中构建兼顾硬件参数的低成本无透镜显微镜提供有效指导。
关键词： 计算成像、数字全息术、显微镜技术、便携式成像设备、相位恢复
更新于2025-09-23 15:21:01
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红外数字全息术在ZnGeP2单晶不均匀性及体缺陷表征中的应用
摘要： 本工作测试了用于检测ZnGeP2单晶体缺陷的红外数字全息方法。通过将实验结果与其他方法获得的数据进行对比，验证了该全息方法的可靠性。实验装置的空间分辨率约为15-20微米。采用红外数字全息法成功观测到ZnGeP2晶体结构中的体缺陷（样品厚度达50毫米），包括生长条纹、位错链以及第二相（Zn3P2）夹杂物——这些夹杂物呈针状，长度可达约100微米，宽度约10微米。
关键词： 数字全息术、单晶、不均匀性、磷锗锌、体积缺陷
更新于2025-09-23 15:19:57
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光纤应用 || 利用干涉和数字全息方法进行光纤剖面分析
摘要： 光纤在传感、短距离和长距离通信等现代技术领域有着广泛应用。这促使许多研究者提出了多种方法来表征光纤并确定其折射率分布。此外，承受机械应力或其他外部影响的光纤折射率分布变化，能很好地反映这些光纤的内部结构及其对外部影响的响应情况。光学干涉法和数字全息法是实现这一任务的精确而有效的工具。在本章中，我们将阐述不同类型光学干涉法在常规光纤、保偏光纤和粗芯光纤中的应用。同时，我们还将介绍一些用于重建光纤精确折射率分布的数学解释方法（以及近期对干涉图样的自动分析方法）。文中也展示了一些实验干涉图和折射率分布图。
关键词： 光学干涉测量法、折射率分布、数字全息术、光纤、干涉图分析
更新于2025-09-23 15:19:57
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用于二维材料无创定量成像的数字全息术
摘要： 数字全息技术因其能够测量复杂场，在从医学到计量的众多领域得到应用。本文利用数字全息技术的强大功能，对放置在SiO?/Si衬底上的二维过渡金属硫化物（如MoS?和WS?）进行定量成像，并测定其复折射率或层厚度。通过考虑TMDs从块体减薄至单层时不同的折射率，并通过全息术捕获反射光的振幅和相位，可以分辨出约0.7纳米厚的单原子层TMDs。利用全息术，我们还预测了厚TMD薄片中所含层数，该结果与原子力显微镜（AFM）的测量结果一致。通过Bland-Altman分析将我们的实验结果与标准AFM测量值进行比较，对于厚度在15至60纳米范围内的样品，其一致性限值<5纳米。我们的技术具有非接触、无损伤、无需扫描的特点，单次捕获即可获得几百微米见方的视场。为深入研究，我们还通过模拟演示了SiO?层厚度和激光波长对优化二维材料振幅和相位响应的关键作用。这些模拟可作为确定理想波长和SiO?层厚度的路线图，从而准确测定任意给定样品的折射率或厚度。
关键词： 数字全息术、原子力显微镜、层厚度、布兰德-阿尔特曼分析、过渡金属二硫化物、二维材料、复折射率
更新于2025-09-23 15:19:57