基于复振幅扩展滤波的全息相位补偿恢复技术
摘要
数字全息技术具有非接触式、高分辨率、数字化的优势，适用于微小样品的动态实
时定量测量，已被广泛应用于微纳器件检测、生物医学观测等领域。数字全息记录过程
引入了像差信息，导致重建结果受到像差相位影响，需要在相位补偿过程中消除。相比
于传统相位补偿技术难以兼顾高阶像差的补偿精度和速度，低通滤波相位补偿技术能够
实现单幅全息图全部像差的简单快速补偿，但在待测样品相位恢复的准确度和不同像差
系统下的自适应程度上仍存在不足。因此，如何实现高精度、具备自适应性的数字全息
相位补偿恢复具有重要的研究意义。
本课题“基于复振幅扩展滤波的全息相位补偿恢复技术”针对传统低通滤波相位补
偿技术，基于复振幅的空域和频域特征，研究了准确、自适应的数字全息相位补偿恢复
技术。具体研究内容如下：
首先，研究了像差的低频性理论。在分析低通滤波相位补偿技术原理基础上，利用
像差相位的多项式模型，定性研究了像差复振幅的频率特征，验证了像差信息在全息图
频谱中的低频分布特性，为低通滤波相位补偿相关技术的进一步研究提供了理论基础。
然后，针对传统低通滤波相位补偿技术存在频谱泄露和振铃效应的问题，提出了基
于复振幅扩展的低通滤波相位补偿恢复技术。在滤波补偿前引入信号扩展技术，利用复
振幅中心对称扩展抑制了全息图频谱截断导致的边界误差，提高了像差信息的补偿精度
和待测样品相位信息的恢复精度。
最后，针对传统低通滤波相位补偿技术在不同系统中需要手动预设参数的问题，提
出了基于迭代扩展滤波的相位补偿恢复技术。在复振幅扩展滤波技术的基础上，研究了
基于极值点的相位图频率计算和自适应迭代滤波过程，具有更好的自适应性，并利用像
差预补偿进一步提高了像差补偿精度，实现了单幅全息图的相位补偿恢复。
关键词：数字全息；相位补偿；低通滤波；复振幅扩展
I
基于复振幅扩展滤波的全息相位补偿恢复技术
ABSTRACT
Digitalholographyhastheadvantagesofnon-contact,high-resolution,anddigitization,
whichissuitablefordynamicreal-timequantitativemeasurementofsmallsamples.Ithasbeen
widelyusedinthefieldsofmicroandnanodevicedetection,biomedicalobservation,andother
fields.Thedigitalholographicrecordingprocessintroducesaberrationinformation,resultingin
thereconstructionresultsbeingaffectedbytheaberrationphase,whichneedstobeeliminated
duringthephasecompensationprocess.Comparedtotraditionalphasecompensation
technology,whichdifficulttotakeintoaccountthecompensationaccuracyandspeedofhigher-
orderaberrations,low-passfilteringphasecompensationtechnologycanachievesimpleand
rapidcompensationofallaberrationsinasinglehologram,buttherearestillshortcomingsin
theaccuracyofphaseretrievalofthesampletobemeasuredandthedegreeofad