基于二维维格纳-维尔分布的数字全息术分析自动对焦技术

《Optics & Laser Technology》：Analytical autofocusing in digital holography via 2D Wigner-Ville distribution

　　

王师涵|陈振西|罗海鑫|徐杰|贾大功|田金东

摘要

在数字全息术中，精确的离焦距离估计对于实现高保真的复振幅重建至关重要。现有的自动对焦方法依赖于图像清晰度指标或数据驱动学习，缺乏分析基础，这限制了它们的精度、效率以及泛化能力。为解决这一问题，我们推导出了二维维格纳-维尔分布，该分布能够为圆形孔径的全息图提供离焦距离估计的封闭形式解。为了将这一分析模型扩展到任意形状，我们引入了一种与形状无关的分析式自动对焦框架，该框架可将任意形状物体的全息图转换为与二维维格纳-维尔分析相兼容的形状无关的全息条纹表示形式。实验结果表明，该方法具有线性深度响应，在不同物体几何结构下都具有很强的鲁棒性，且与传统的基于图像的方法相比，计算时间可减少约60倍。这些结果证明了分析式自动对焦在数字全息术中的可行性，也为任意形状样本的可靠复振幅重建提供了一种高效解决方案。