深度学习驱动的数字全息重建端到端框架

0 下载量 156 浏览量 更新于2024-08-27 收藏 5.9MB PDF 举报
"End-to-end深度学习框架用于数字全息重构" 在数字全息术中,记录的是物体的完整波前信息,包括振幅和相位。这种技术允许我们通过数值方式重建物体,其中通常会使用基于Fresnel-Kirchhoff积分算法的方法,如角谱法和卷积法进行反向传播。尽管这些方法有效,但它们需要一些先验知识,例如物体距离、两束光之间的入射角以及光源的波长。在重建过程中,会遇到不希望出现的零级像和孪生像,这些通常需要通过额外的手动滤波操作来去除,这在离轴配置中尤其耗时。此外,对于相位成像,还需要补偿相位畸变,并且为了恢复真实的物体厚度,还需要执行相位解包裹步骤。 这篇由Zhenbo Ren、Zhimin Xu和Edmund Y. Lam等人发表的文章提出了一个端到端的深度学习框架,旨在解决传统全息重构过程中的这些问题。深度学习方法因其在图像处理领域的强大能力而被引入,它可以学习并自动处理这些复杂步骤,从而实现更快、更准确的全息图像重建。通过训练神经网络模型,该框架能够学习从全息图到物体重建的映射,无需手动干预或预先计算的参数。 该框架可能包括以下几个关键组成部分: 1. 数据预处理:首先,全息图像可能会经过一些预处理步骤,如归一化和噪声去除,以便为深度学习模型提供更干净、更标准化的输入。 2. 深度学习模型:核心是设计一个能够学习全息图像与重建物体之间关系的深度神经网络。这可能涉及到卷积神经网络(CNN)、循环神经网络(RNN)或者更复杂的架构,如U-Net,其在图像去噪和恢复任务中表现出色。 3. 目标函数:网络的训练通常涉及最小化重建结果与真实物体之间的差异,这可以通过损失函数(如均方误差或结构相似性指数)来量化。 4. 优化算法:采用梯度下降或其他优化策略更新网络权重,以逐步提高重建质量。 5. 后处理:尽管深度学习模型可以处理大部分复杂性,但在某些情况下,可能仍需一些后处理步骤,如进一步的相位解包裹或去噪。 通过这种方式,端到端的深度学习框架不仅减少了对先验知识的依赖,而且可以自动化处理零级像和孪生像的消除、相位补偿和相位解包裹等步骤,提高了全息重构的效率和精度。这种方法对实时全息成像和三维物体检测等领域具有重大意义,因为它有可能实现快速、自动化的数据处理。