基于MATLAB的数字全息卷积算法仿真系统

资 源 简 介

本项目利用MATLAB实现了基于卷积方法的数字全息模拟，包括全息图生成、衍射传播计算和物体振幅/相位重建。通过精确模拟光波干涉与衍射过程，为光学实验提供可靠的计算机仿真工具。

详 情 说 明

基于卷积法的数字全息计算机模拟系统

项目介绍

本项目是一个用于数字全息仿真的MATLAB软件系统，基于卷积衍射算法核心，通过计算机模拟光学干涉与衍射过程。系统能够模拟物体光波与参考光波的干涉生成数字全息图，并利用快速傅里叶变换(FFT)和复数波前重构技术重建物体的三维波前信息。项目为全息成像理论研究、算法优化及教学演示提供了可定制、可参数化的计算平台。

功能特性

• 全息图模拟生成：支持输入自定义物体（二维/三维振幅分布），结合可调参数的参考光（平面波/球面波），精确模拟干涉过程生成全息图。
• 卷积衍射计算：采用基于角谱理论的卷积法进行衍射传播计算，精度高，适用于大角度衍射情况。
• 波前重建与可视化：从全息图重建物体的复振幅分布，分别输出振幅和相位图像，支持三维体数据在不同深度层面的聚焦显示与动画生成。
• 参数灵活可调：用户可设置光波波长、传播距离、CCD采样参数等关键光学参数，以优化仿真效果。
• 误差定量分析：计算重建结果与原始物体的均方误差(MSE)，为算法性能评估提供量化指标。

使用方法

1. 准备输入数据：准备一个代表物体透射或反射率的灰度图像矩阵作为物体振幅分布。
2. 设置仿真参数：在代码中修改或通过函数接口设置以下参数：

- 光学参数：波长（μm）、物光与全息面之间的传播距离（mm）。 - 参考光参数：类型（平面波/球面波）、振幅、相位（如倾斜角）。 - 采样参数：CCD像素尺寸（μm）、像素阵列规模（如1024×1024）。

1. 运行主程序：执行主程序，系统将依次完成全息图生成、衍射传播计算和波前重建。
2. 查看与分析结果：程序将输出：

- 模拟全息图（强度图像）。 - 重建的振幅图像和相位图像。 - 重建误差的数值结果。 - （可选）三维重建结果的多平面动画。

系统要求

• 操作系统：Windows / Linux / macOS
• 软件环境：MATLAB R2016a 或更高版本
• 必备工具箱：Image Processing Toolbox

文件说明

主程序文件集成了系统的核心工作流程，其主要功能包括：读取用户定义的物体图像和各项光学参数；根据设置生成参考光波，并使其与携带物体信息的物光波干涉，形成全息图；运用卷积衍射算法模拟光波从物体平面到全息平面的传播；执行重建算法，从全息图中恢复出物体的振幅和相位信息；最终对重建结果进行量化评估并生成相应的可视化图形输出。