一种基于复数优化器或复数求解器的全息编码方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115097709A(43)申请公布日2022.09.23(21)申请号202210784278.7(22)申请日2022.07.05(71)申请人东南大学地址210096江苏省南京市玄武区四牌楼2号(72)发明人蔡玉彤刘森夏军(74)专利代理机构南京众联专利代理有限公司32206专利代理师叶倩(51)Int.Cl.G03H1/08(2006.01)权利要求书2页说明书7页附图1页(54)发明名称一种基于复数优化器或复数求解器的全息编码方法(57)摘要本发明公开了一种基于复数优化器或复数求解器的全息编码方法，对初始相位编码和目标相位编码应用复数优化器或复数求解器对计算结果进行运算迭代更新，在复数优化迭代求解的过程中，增加光学系统，加速复数优化迭代求解过程，并约束复振幅中的振幅与相位，所述光学系统至少包括光学衍射过程和光学滤波系统。本发明利用复数优化方法，同时约束了成像平面的生成振幅和生成相位，有效降低了在成像过程中由于振幅或相位的随机分量导致的散斑噪声，提高了成像质量；同时在光学仿真系统中引入的滤波系统能够加快复数优化器或复数求解器的迭代速度，大大提高了计算效率，间接提高了成像质量。CN115097709ACN115097709A权利要求书1/2页1.一种基于复数优化器或复数求解器的全息编码方法，其特征在于：对初始相位编码和目标相位编码应用复数优化器或复数求解器对计算结果进行运算迭代更新，在复数优化迭代求解的过程中，增加光学系统，加速复数优化迭代求解过程，并约束复振幅中的振幅与相位，所述光学系统至少包括光学衍射过程和光学滤波系统。2.如权利要求1所述的一种基于复数优化器或复数求解器的全息编码方法，其特征在于，包括如下步骤：S1，初始化相位：初始化随机相位或具有特定规律的编码相位φ0，对目标振幅A′和目标相位φ′拼合处理后得到目标复振幅S2，初始复振幅获得：将步骤S1中的初始相位与固定振幅拼合处理后得到初始复振幅，所述固定振幅取均匀振幅A0，其处理后的初始复振幅为S3，重建复振幅获得：将步骤S2获得的初始复振幅输入到光学系统中，得到重建复振幅：其中，A表示重建复振幅中的振幅信息；φ表示重建复振幅中的相位信息；所述光学系统至少包括了光学衍射过程和光学滤波系统；S4，计算复振幅差异：计算步骤S3获得的重建复振幅与步骤S1中目标复振幅的复振幅差异，所述复振幅差异通过应用实变函数方式或复变函数方式求解获得，并将结果汇总，使用均方误差、均方根误差、峰值信噪比或结构相似性方法得到重建复振幅和目标复振幅之间的总体差异；S5，相位优化：使用优化器或求解器，利用步骤S4计算获得的复振幅差异对步骤S1中的初始相位进行优化，得到新的初始相位；S6，迭代求解：将步骤S5获得的新初始相位作为步骤S1的初始相位，重复步骤S1至步骤S5，至重建复振幅和目标复振幅之间的总体差异小于预期阈值时完成迭代。3.如权利要求2所述的一种基于复数优化器或复数求解器的全息编码方法，其特征在于：所述步骤S3中光学衍射过程可用精确传递函数法、菲涅尔变换法、菲涅尔传递函数法或傅里叶变换进行传递；所述光学滤波系统采用了光阑作为频谱域的低通滤波系统。4.如权利要求3所述一种基于复数优化器或复数求解器的全息编码方法，其特征在于：所述步骤S3中，精确传递函数法的传递函数为：其中，初始平面z＝0的复振幅分布为U(x,y,0)，目标平面z处的复振幅分布为U(x,y,z)，相干光光源波长为λ，波数为虚数单位，表示傅里叶变换，表示傅里叶的逆变换，fX，fY为X方向和Y方向局部空间频率；2CN115097709A权利要求书2/2页菲涅尔传递函数法的传递函数为：菲涅尔变换法的传递函数为：其中，ξ,η分别为二重积分在X方向和Y方向的积分项。5.如权利要求3所述一种基于复数优化器或复数求解器的全息编码方法，其特征在于：所述步骤S3中，所述光阑在频谱面使用正方形、正多边形或圆形作为滤波窗口；分布规律上满足正多边形区域内均匀分布，正方形、圆形区域内均匀分布，或正方形、圆形区域内高斯分布。6.如权利要求4或5所述一种基于复数优化器或复数求解器的全息编码方法，其特征在于：所述步骤S4中：当用复振幅矢量差作为复振幅差异时，重建复振幅与目标复振幅的差异δ为：当用复振幅实部、虚部作为复振幅差异时，重建复振幅与目标复振幅的差异δ为：当用复振幅振幅、相位作为复振幅差异时，重建复振幅与目标复振幅的差异δ为：δ＝f(|A‑A′|)+g(|φ‑φ′|)；所述复振幅差异δ也可由上述若干种差异进行组合运算得到。7.如权利要求6所述一种基于复数优化器或复数求解器的全息编码方法，其特征在于：所述步骤S5中，使用的优化器或求解器可为以下之一：(1)基于梯度下降的复数优化器或