彩色数字全息波前重建算法概论

基于单色CCD记录彩色数字全息图的光学系统及衍射的数值计算理论,综合评述彩色数字全息波前重建的常用算法。对一种只适用于静态物理量检测的波前重建算法做了重要改进,不但消除了频谱混叠对重建光波场的影响,而且让该重建算法适用于动态物理量的实时数字全息检测。并将研究工作推广于彩色CCD记录彩色数字全息图的光学系统,给出了三色光照明下重建物体彩色图像的实例。     

再现光对数字彩色全息图再现像质量的影响

基于色彩合成的数字彩色全息方法，研究了不同波长的再现光对数字彩色全息图再现像质量的影响。引入了偏移因子，进一步分析再现光对再现像的影响。在保证再现光与记录光波长相同的条件下，三基色全息图的分色再现像能够准确重合，并经过色彩合成可获得原物体清晰的彩色再现像。理论推导和实验结果证明：该方法对消除色串扰有很好的效果。     

计算机制一步彩色彩虹全息的研究

针对现有的彩色全息技术中存在的制作过程复杂、色串扰、技术条件要求高等问题,提出了一种计算机制一步彩色彩虹全息技术。该技术将光学一步法彩虹全息技术和多次曝光彩色全息技术相结合,首先根据线全息图理论,确定每个物点的线全息图在整个彩虹全息图中的区域范围,并计算线全息图,然后将每个物点的线全息图相加,直接获得计算机制一步彩虹全息图,大大减少了全息图的计算量。在此基础上,分别计算彩色物体的红、绿、蓝三分色计算全息图,并合成为彩色彩虹全息图,用白光再现获得真彩色全息再现像,大大简化了彩色彩虹全息图的制作过程、降低了技术条件要求,充分发挥了计算全息简单、灵活、方便的优点。给出了理论分析和实验结果。     

计算机与光学方法相结合的彩色彩虹全息术

提出了计算机制全息与光学全息相结合制作彩色全息图的彩色彩虹伞息术.通过计算机对彩色图像进行自动分色,制作红、绿、蓝3幅丰计算全息图H1,以H1的再现像为对象,用激光制作彩色彩虹全息图H2,用白光再现获得彩色再现像.该方法把汁算机制全息与传统的光学全息相结合,发挥了计算全息与光学全息的优势.在全息图的计算中采用了快速傅里叶变换,加快了计算速度.给出了理论分析和实验结果.     

彩色数字全息系统中透镜色差影响的研究

在物光通过透镜系统到达CCD平面的彩色数字全息研究中,将每一色光的像视为像空间中的物体。基于全息图补零的一次傅里叶变换(1-FFT)重建方法,导出既能较好地统一不同色光重建物体的物理尺寸,又能考虑透镜色差影响的彩色数字全息图像重建方法。对该方法的研究结果表明,透镜色差的影响等效于让物体的重建像偏离了理想的重建像平面。然而,数字全息重建图像具有一定的焦深,在多数情况下,可以忽略透镜色差的影响,利用厂家给定的焦距标称值获得满足实际需要的彩色重建图像。     

CCD和电寻址液晶在全息位移测量中的应用

将CCD与电寻址液晶(EALCD)相结合,CCD作为记录介质,用于全息图和全息再现像的记录,EALCD则代替传统光学全息中曝光后的全息干板,用于数字全息图的再现。这种方法不仅避免了传统全息记录材料显影、定影等过程,也避免了全息材料非线性记录等缺点,并可以实现普通的数字全息较难实现的基于相位移法的位移测试。利用双曝光数字全息干涉法,在实验中对反射式被测物体生成的菲涅耳全息图进行了光学再现,并得到了准确的数据,验证了该方法的实用性。实验结果表明,CCD与EALCD相结合,可以实现数字全息图的光学再现,通过获得的干涉条纹,可精确测定物体位移量。     

基于傅里叶合成全息的彩色全息制作方法

提出了一种新型的傅里叶变换彩色编码彩虹合成全息图的自动化制作方法。根据数字合成全息原理和角度分区假颜色编码技术,三维模型经过图像处理得到拍摄图像并由空间光调制器显示。利用傅里叶变换全息光路和大数值孔径的物镜,在谱面上形成点元。借助计算机设定程序和运动控制系统,自动逐点干涉打印,实现大幅面大视角的彩色编码彩虹全息图的制作。     

基于空间光调制器的全息透镜记录波前像差优化方法

提出了一种基于空间光调制器(SLM)的全息透镜(HL)记录波前像差的优化方法。从波像差理论出发,经过理论分析得出透射式全息透镜的像差表达式与像差特性,绘制了全息透镜的一维像差曲线,提出了基于空间光调制器的全息透镜波前像差优化方法。使用空间光调制器加载全息图,通过单次曝光记录全息透镜减小像差的方法进行了理论分析,并针对空间光调制器的零级串扰以及视场孔径光阑对全息图和像差的影响进行了讨论。使用优化后的全息图函数计算出包含非球面信息的全息图,设计了基于空间光调制器的全息透镜记录与成像实验,实验结果与理论分析相符合。     

彩色反射全息图颜色再现定量分析

根据反射彩色全息图衍射的波长选择性和色度学原理,给出了彩色反射全息三原色系统的表达,研究了彩色反射全息色系与CIE XYZ色系之间的转换关系。分析并讨论了影响反射全息图颜色再现能力的因素,给出了物体实际颜色和反射全息图再现像颜色的色差评价方法。根据彩色反射全息三原色系统的转换关系以及色差评价方法,选取多种颜色样本计算得出不同波长组合的三原色系统下反射全息图的色差,并进行了色差分析。     

计算集成平板周视彩色全息图

提出计算机和光学联合制作平板周视全息的方法,通过计算得到集成菲涅耳环带全息图,利用环带全息图的再现像作为记录目标进行光学全息的拍摄,实现集成平板周视彩色全息图。详细分析了集成平板周视彩色全息原理,通过实验进行了验证。该方法增强了体视全息显示的灵活性,提高了平板周视彩色全息图的计算速度。     

数字全息再现像的细节显示和视觉畸变矫正

在分析数字全息系统的最小分辨距离和再现像平面上的采样间隔的基础上，提出了一种在用菲涅耳变换法再现数字全息图时，能清楚显示再现像细节的简单方法，这种方法能有效地提高再现场的显示分辨率。通过给由CCD记录的数字全息图补零，可使再现像平面上采样间隔减小，使再现像具有更多的像素，得到保留了更多记录信息的高质量再现像。用同样的方法，也可以矫正由于CCD靶面尺寸在水平和竖直方向上的不一致造成再现像的视觉畸变。实验结果表明此方法有很好的效果。     

改善数字全息再现像质量的背景强度补偿法

为了完全消除CCD背景噪声和杂散背景光对数字全息再现像质量的影响,在全息图强度分别减去参考光波和物光波强度相减法和全息图强度分别减去参考光波和物光波强度及CCD背景噪声相减法的基础上,提出了改善数字全息再现像质量的背景强度补偿法。介绍了背景强度补偿法的原理,并实验对比了全息图的直接再现像及应用背景强度补偿法对不同背景强度下获得的全息图处理后的再现像。结果表明,背景强度补偿法显著地改善了再现像质量,降低了对数字全息图记录环境的要求。     

一种制作具有一定可视角度的傅里叶变换计算全息图的新方法

提出了一种制作三维物体具有一定可视角度的傅里叶变换计算全息图的新方法.根据CT断层扫描原理,通过从三维物体的二维数码照片中提取信息的方法制作傅里叶变换计算全息编码图.利用数字微反射镜(DMD)将制成的傅里叶变换计算全息编码图记录到全息干板上.为制作计算全息图提供了一种新的方式.     

数字全息显微系统的成像分辨率分析

根据成像理论和全息系统的点扩散函数,研究了数字全息显微系统的成像分辨率,给出了无预放大和有预放大情况下成像分辨率的表达式,指出了只有当CCD的成像分辨率等于或高于显微物镜(MO)的成像分辨率时,预放大数字全息系统的成像分辨率才取决于显微物镜的数值孔径(NA);反之,系统的成像分辨率则取决于CCD的数值孔径。采用无透镜傅里叶变换全息记录光路,对美国空军分辨率测试板进行了实验研究,结果表明再现像在水平和垂直方向的极限分辨率分别为3.91μm和4.38μm,与理论分析相吻合。对条纹物体进行了全息图的模拟记录和再现,结果与理论分析相一致。     

基于超快液晶薄膜的实时动态全息三维视频显示

介绍了在超快液晶薄膜中的实时动态全息视频显示成果,此薄膜不需任何外加电场,而且全息响应在毫秒量级,全息图建立和自擦除时间最快都可达到1ms。利用红绿蓝(RGB)三色激光作为读出光获得了无串扰噪声红绿蓝三色实时动态全息显示视频。基于全息复用技术,在此材料中实现RGB模式彩色全息视频显示。由于此材料易于制成大尺寸显示屏,而且无需任何外加电场,所以由其制成的空间光调制器或其他全息显示器件无需进行像素化,这样就能有效地克服现有空间光调制器的缺陷,其有望在未来被开发成高分辨率、大尺寸、彩色实时动态全息三维视频显示器。     

组合数字彩色动感全息图的研究

提出了一种基于傅里叶变换全息原理制作数字彩色动感全息图的方法。该方法通过获取待记录对象同一时刻不同位置状态和同一位置不同时间状态的多幅图像,将每幅图像分解为RGB三基色灰度图,利用计算机软件编程进行全息编码、记录与模拟再现,再将三基色灰度图合成为彩色图像。将不同位置和不同时刻的再现像按预定方式排列,当人眼移动时由于视觉暂留效应,会看到随着空间状态变化和时间状态变化的彩色动感全息图。实验结果表明,通过该方法制作的全息图能够产生丰富的动感效果,且随着排列规则、角度间隔、时间间隔的变化,动感效果也发生相应变化。     

无透镜傅里叶变换数字全息术的特点分析和讨论

利用传统全息的理论 ,分析了无透镜傅里叶变换数字全息记录和再现的方法及其相应的物像关系、记录系统结构参数对再现像分辨率的影响 ,并进行相应的实验验证。理论分析和实验结果都表明 :无透镜傅里叶变换全息术 ,不仅降低了数字全息对记录采样的要求 ,而且使再现像分辨率得到较大的提高。同时 ,在保证再现像分离的前提下 ,通过增大记录系统的数值孔径 (缩短记录物体到CCD和参考点源的距离 ) ,可以实现数字全息再现像分辨率的提高     

LC-SLM的光学调制特性及其在全息中的应用

液晶空间光调制器是实时光学信息处理中的重要器件,本文分析了液晶空间光调制器的光学调制特性及其目前在全息领域的主要应用.并根据液晶空间光调制器实时再现计算全息图的原理,提出利用计算全息技术得到单元合成全息图阵列,通过计算机控制向液晶空间光调制器输出合成全息图序列进行实时光电再现进而实现合成全息动感的方法,分析了基本原理和实现方法并给出了相应实验结果.     

离轴数字全息零级像的空域滤波预处理消除法

基于离轴数字全息记录特点和数字图像处理技术,提出了一种消除离轴数字全息零级像的有效方法。该方法只需记录一幅数字全息图,无需增加实验装置的复杂性,直接对数字全息图在空域进行预处理,就可消除数字全息再现时的零级像。与一些消除零级像的现有方法相比较,该方法具有算法简单,处理速度快的优点,所提出的方法通过实验得到验证。     

基于频域合成的计算机制半周视彩色彩虹全息

根据光路可逆的原理,提出了一种基于频域合成的计算机制半周视彩色彩虹全息算法。首先对半周视彩色彩虹全息的原理进行分析,总结了观察窗口与频域的对应关系,指出半周视彩色彩虹全息图物光的频谱由三原色的半环形频谱组合而成;使用彩色三维物体在特定方向上的多个投影图像分别进行分色、插值,再进行二维傅里叶变换,在频域内合成半周视彩色彩虹全息的物光频谱,对合成的物光频谱进行二维傅里叶逆变换,取实部,加上一个偏置分量,得到半周视彩色彩虹全息图。采用该算法计算了一个面积为47 mm×47 mm、分辨率为84000pixel×84000pixel的全息图,通过全息输出系统输出,再进行显影定影漂白,实现了可白光再现的半周视彩色彩虹全息图,其显示的三维效果逼真,颜色绚丽,可以同时供多人观赏。