Comparison of holographic and iterative methods for amplitude object reconstruction

Abstract

Язык статьи -русский Ссылка для цитирования: Шевкунов И.А., Петров Н.В. Сравнение голографических и итерационных методов при восстановле-нии изображения амплитудного объекта // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2015. Том 15. № 1. С. 14-21Аннотация. Представлено экспериментальное сравнение четырех методов восстановления волнового фронта. Рас-смотрены два итерационных и два голографических метода, отличающихся математической моделью и алгоритмами восстановления. Первые два из рассматриваемых методов не используют опорную волну в схеме записи, что снижает требования к стабильности установки. Основную роль в восстановлении информации о фазе такими методами игра-ют наборы пространственных распределений интенсивности, которые записываются по мере перемещения регистри-рующей матрицы вдоль оптической оси. Полученные данные последовательно используются для восстановления волнового фронта с помощью итерационной процедуры, в ходе которой численно моделируется распространение волнового фронта между плоскостями, где производилась регистрация данных. При этом информация о фазе волно-вого фронта везде сохраняется, а рассчитанные распределения амплитуды заменяются на измеренные в этих плоско-стях. В первом из сравниваемых методов в качестве математической модели используется двумерное преобразование Френеля и итерационный расчет в плоскости объекта. Во втором методе для численного моделирования распростра-нения волнового фронта применяется метод углового спектра, и итерационный расчет производится только между близко расположенными плоскостями регистрации данных. Сравниваемые с ними два метода цифровой голографии основаны на использовании опорной волны в схеме записи и различаются между собой численным алгоритмом вос-становления цифровых голограмм. В результате сравнения установлено, что итерационный метод на основе 2D-преобразования Френеля дает результат, сравнимый с результатом распространенного голографического метода, ис-пользующего Фурье-фильтрацию. Показано, что голографический метод восстановления комплексной амплитуды поля при восстановлении амплитудного объекта является лучшим среди рассмотренных. Ключевые слова: фазовая проблема, восстановление волнового фронта, цифровая голография Благодарности. Авторы благодарят за поддержку Министерство образования и науки Российской Федерации, проект № 2014/190 на выполнение государственных работ в сфере научной деятельности в рамках базовой части государственного задания. Scientific and Technical Journal of Information Technologies, Mechanics and Optics, 2015, vol. 15, no. 1, pp. 14-21 (in Russian) Abstract. Experimental comparison of four methods for the wavefront reconstruction is presented. We considered two iterative and two holographic methods with different mathematical models and algorithms for recovery. The first two of these methods do not use a reference wave recording scheme that reduces requirements for stability of the installation. A major role in phase information reconstruction by such methods is played by a set of spati...