压缩感知重建：单幅弱相干光数字全息图的新方法

"单幅弱相干光数字全息图的压缩感知重建是针对基于弱相干光源的数字全息技术的一种创新应用，旨在解决传统方法在动态物体观测中的局限性。通过引入压缩感知理论，该技术能够对单幅全息图进行数值重建，有效地抑制孪生像和相干噪声。实验中，利用发光二极管作为弱相干光源，结合数字全息实验设置，对分辨率测试标板进行了实验，验证了这种方法的有效性和可行性。" 在光学领域，全息技术是一种记录和再现物体三维信息的方法，而弱相干光数字全息图则是在弱相干光源条件下获取的全息图像。传统的弱相干光数字全息通常依赖于相移法来获取多幅全息图，这在处理动态物体时存在明显的限制，因为连续的相移过程可能无法捕捉到快速变化的物体状态。 压缩感知（Compressive Sensing, CS）理论提供了一种新的数据采集和恢复策略，它允许以低于奈奎斯特定理所要求的速率进行采样，仍然能够重构原始信号。在全息领域，这一理论被用于单幅全息图的重构，减少了对多帧图像的需求，从而有利于动态场景的记录。通过将压缩感知与数字全息重构算法相结合，可以高效地从单幅图像中提取信息，降低对高精度相位测量的依赖。 具体来说，该技术的实现包括以下几个关键步骤：首先，通过数字全息实验获取单幅弱相干光全息图；其次，利用压缩感知的优化算法（如匹配追踪或迭代阈值算法）来估计物体的复振幅分布，这个过程中会考虑到孪生像和相干噪声的抑制；最后，根据重构的复振幅分布，通过傅里叶变换和相位恢复等步骤得到物体的三维信息。 实验部分，研究人员使用发光二极管作为光源，因为它能提供稳定的弱相干光，并且易于控制。通过设计的数字全息实验光路，他们以分辨率测试标板作为样品，验证了压缩感知重建方法的效果。分辨率测试标板是一种常用的光学元件，其上的线条间距可以用来评估系统的空间分辨率。 实验结果表明，这种方法不仅成功地实现了单幅全息图的重构，而且在抑制干扰和提高图像质量方面表现出色，证明了其在动态物体观测和记录方面的潜力。这种技术的应用扩展了弱相干光数字全息的适用范围，为未来的实时、高效率全息成像提供了新的途径，特别是在生物医学、材料科学和光学检测等领域有着广阔的应用前景。