壓縮超級(jí)像素遺傳算法重現(xiàn)離軸電子全息圖
對(duì)重現(xiàn)離軸電子全息圖的遺傳算法進(jìn)行了研究,討論了參考波波矢和超級(jí)像素尺寸對(duì)重現(xiàn)結(jié)果的影響規(guī)律,并在此基礎(chǔ)上對(duì)遺傳算法進(jìn)行了改進(jìn)。遺傳算法利用了全息圖的全部信息因而得到較好的重現(xiàn)效果,與傳統(tǒng)的濾波重現(xiàn)相比,該方法重現(xiàn)的振幅和相位誤差分別下降了69%和64%。討論結(jié)果表明,超級(jí)像素中必需包含一到兩個(gè)周期的參考波以保證較好的重現(xiàn)效果,而參考波的取向?qū)χ噩F(xiàn)結(jié)果沒(méi)有顯著的影響;在垂直于參考波波矢方向上壓縮超級(jí)像素的尺寸,可以進(jìn)一步提高全息圖的重現(xiàn)精度。本文提出了壓縮超級(jí)像素遺傳算法,與常規(guī)超級(jí)像素遺傳算法相比,該方法重現(xiàn)的振幅和相位誤差分別減小了15%和7%。
關(guān)鍵詞： 離軸電子全息;傅里葉變換;遺傳算法;壓縮超級(jí)像素遺傳算法
Gabor 于1948 年提出了電子全息方法, 該方法在干涉圖上同時(shí)記錄了振幅和相位信息。電子全息的研究包括全息圖記錄和全息圖重現(xiàn)兩個(gè)方面, 在利用實(shí)驗(yàn)或計(jì)算機(jī)模擬方法獲得全息圖后, 重現(xiàn)成為電子全息研究的重要步驟。全息圖重現(xiàn)一般有光學(xué)重現(xiàn)和數(shù)值重現(xiàn)兩種方法。前者簡(jiǎn)單易行,但結(jié)果不易記錄和存儲(chǔ), 而且易受外部干擾; 而后者可應(yīng)用計(jì)算機(jī)方便地進(jìn)行消相差、降噪聲等處理, 并可實(shí)時(shí)觀察和定量記錄, 因此受到更多關(guān)注, 近年來(lái)取得了較大的進(jìn)展。
最常用的數(shù)值重現(xiàn)方法是濾波重現(xiàn), 該方法簡(jiǎn)單易行, 但濾波過(guò)程中不可避免地?fù)p失了一些重要信息。近年來(lái), 實(shí)空間重現(xiàn)法得到了越來(lái)越多的研究, 如Meyer 和Heindl采用了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法, Q. Ru等 使用了相移法, C. X. Gu、L.Liu 等采用了遺傳算法等。
遺傳算法由美國(guó)Holland 教授于1975 年首次提出, 它是模仿自然界生物進(jìn)化機(jī)制( 適者生存、優(yōu)勝劣汰) 而發(fā)展起來(lái)的隨機(jī)搜索和優(yōu)化方法。該方法在搜索過(guò)程中自動(dòng)獲取和積累有關(guān)搜索空間的知識(shí), 并自適應(yīng)地控制搜索過(guò)程以求得最優(yōu)解。它不依賴(lài)于問(wèn)題的具體領(lǐng)域, 對(duì)問(wèn)的種類(lèi)有很強(qiáng)的魯棒性, 所以廣泛應(yīng)用于很多學(xué)科 。
本文采用遺傳算法來(lái)重現(xiàn)離軸電子全息圖, 并對(duì)影響重現(xiàn)效果的因素進(jìn)行了討論, 最后提出了一種壓縮超級(jí)像素遺傳算法, 應(yīng)用該方法可獲得高質(zhì)量的重現(xiàn)結(jié)果。
本文采用遺傳算法重現(xiàn)離軸電子全息圖, 討論了參考波和超級(jí)像素尺寸對(duì)重現(xiàn)結(jié)果的影響, 并在此基礎(chǔ)上對(duì)遺傳算法進(jìn)行了改進(jìn)。遺傳算法利用全息圖的全部信息搜索全局最優(yōu)解, 因此其重現(xiàn)效果較好而且抗噪聲能力強(qiáng); 相對(duì)于濾波法, 遺傳算法重現(xiàn)的振幅和相位誤差分別減小了69% 和64%。不同qc 的全息圖重現(xiàn)結(jié)果表明, 為得到較好的重現(xiàn)結(jié)果超級(jí)像素中必需包含一到兩個(gè)周期的參考波, 而qc 的取向?qū)χ噩F(xiàn)結(jié)果沒(méi)有顯著的影響。
基于參考波的特殊形式, 本文采用了一種豎直方向壓縮的超級(jí)像素來(lái)重現(xiàn)像波。結(jié)果表明, 重現(xiàn)誤差隨著超級(jí)像素尺寸的壓縮而減小, 相對(duì)于超級(jí)像素7 7, 超級(jí)像素3 7 重現(xiàn)的振幅和相位誤差分別下降了15% 和7%。對(duì)于任意取向的參考波,
本文提出了一種GA-CSP 算法, 首先旋轉(zhuǎn)全息圖以得到豎直條紋的全息圖, 然后應(yīng)用壓縮超級(jí)像素的遺傳算法來(lái)重現(xiàn)旋轉(zhuǎn)后的全息圖, 最后將重現(xiàn)出的圖像反向旋轉(zhuǎn), 即可得到和原始圖片取向相同的重現(xiàn)結(jié)果。
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