基于计算全息技术的彩色CT真三维可视化

不同于现有的用计算机软件合成的CT 图像的伪 三维可视化,本文提出了一种基于计算全息技术的彩色CT 图像的真三维可视化技术。首先,利用计算全息技术对彩色CT图像进行三维重建,将一组 彩色CT图像的空间 二维信息融合成三维信息,并以计算全息图(CGH)的形式进行保存;然后,设计了彩色CT图 像光电再现与三维显示系 统,以液晶空间光调制器(LC-SLM)作为CGH的显示载体,通过计算机同时输入 3幅CGH,通过光电再现获得 三原色三维再现像,利用合色棱镜将三原色再现像合成为彩色图像,用雾屏作为彩色三维再 现像的显示载体,获 得彩色真三维CT图像。在全息图的计算过程中,基于CT图像的二维属性,采用了快速傅里 叶变换(FFT)算法,大大加快了计算速度。给出了理论分析与实验结果。     

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.     

基于空间光调制器的合成全息显示技术研究

提出了一种基于液晶空间光调制器和计算全患技术的合成全患显示新方法.由计算机设计三维物体模型并获取带有视差信息的系列二维体视数字图像,通过计算全患方法对每一幅二维图像计算得到相应的全息图,再现时将左右眼视图对应的全息图同时输出到两个空间光调制器进行实时光电再现,并使再现像的位置符合人眼双目观察需要,计算机控制不同视角全患图顺序输出,从而实现合成全患立体显示,同时可观察合成全息动感,而观察者位置不必移动,与传统的合成全息显示相比操作灵活,易于控制.在实验中用液晶背投影光学引擎系统设计了硬件实验系统,设计了相关的控制软件,并给出了实验结果.     

全息立体动态图像显示和信息压缩

1965年Leith等人在论文中就已经提出全息立体动态图像显示的想法.在其论文中,提出了三维显示所需的抽样点数要达每秒1.5×10,并需要具有约1μm微细像元的空间光调制器等,即使在理论上可行,但并不现实.然而,随着液晶空间光调制器和计算机等的进步,80年代中叶开始发表有关全息实时立体动态显示方面的论文.1986年有人发表了关于使用市售液晶电视,再现简单图形的计算机合成全息图的论文.自1989年以来,有关液晶控制板的立体动态图形显示的研究非常活跃.但现状是像无间距、像无数对于双目立体观察而言是很不够的,有待开发全息用的液晶控制板.     

彩色全息显示方法与系统概述

彩色全息显示是全息视频显示技术发展的重要目标。概述了基于空间光调制器实现彩色全息显示的方法与系统构建问题。首先,介绍了彩色全息显示中三个单色全息像叠加生成彩色全息再现像的基本原理。分析了全息图生成的方法,比较了光全息图、数字全息图、计算机生成全息图的不同。其次,讨论了彩色全息显示系统构建时空间光调制器的选择以及多波长照明下的相位调制特性问题。在实际系统中,红、绿、蓝三色激光或者发光二极管都可以用作系统照明光源。然后,描述了基于时分复用、空间复用、空间划分、空间叠加方法构建的彩色全息显示系统架构,指出彩色全息重构结果受到空间光调制器像素结构和色差等问题的影响。最后,展望了彩色全息显示技术的发展方向。     

计算全息三维实时显示的研究进展

计算全息三维实时显示是目前国际光学领域的研究热点之一。综述了计算全息三维显示技术研究的现状。从计算全息三维显示的原理出发,简介了全息图计算的复杂度、再现像尺寸与视场角等参数的关系以及影响再现图像质量的主要因素。分析了各种获得高质量、大图像和宽视场角的全息三维实时显示技术方案,指出了其中存在的关键问题,并对全息三维实时显示的未来进行了展望。     

纯相位全息图优化算法

近年来得益于光学、电子和计算机等各项技术的进步以及新算法的不断提出,计算全息技术飞速发展。由于现有液晶空间光调制器对于纯相位全息图具有更高的调制能力与衍射效率,纯相位全息图优化算法一直以来是一个研究热点。本文回顾了计算机生成全息图的发展历程,并按照迭代方法、非迭代方法以及其他方法为分类标准,对纯相位全息图生成与优化算法进行了总结。各种传统方法可以满足不同的计算耗时与重建质量要求,深度学习、维尔丁格流等方法为纯相位全息图优化带来了新的思路,这些工作都有利于实时、广视场、高质量全息三维显示的早日实现。在未来,由三维物体图像生成曲面纯相位全息图(如柱面全息图和球面全息图)的优化算法值得进一步研究。     

基于多空间光调制器拼接的空间悬浮全息真三维显示

全息技术是实现空间悬浮真三维（3D）显示的重要方法。空间光调制器（SLM）作为当前唯一的实时动态全息真3D图像投射仪器，像素量、分辨率等不足限制了其在空间悬浮真三维显示领域的应用。研究多SLM拼接实现高分辨低噪声的空间悬浮真3D显示，首先通过菲涅耳层析法结合空间坐标变换技术，计算获得3D物体360°视角的高分辨率全息图；然后将每张全息图分为相同分辨率的4幅图，加载到阵列式拼接的4个SLMs上，滤除一阶之外的光束后，再现出完整的具有高信息容量高分辨率的全息3D实像；最后利用超声雾化介质进行承载，实现实时动态空间悬浮真3D显示。另外，利用时间平均法对重建像进行噪声抑制研究，实验结果证明该方法可有效地提升空间悬浮全息显示图像的质量。     

无狭缝计算全息图的白光再现

利用彩虹全息是实现白光全息的常用方法,由于记录过程中引入狭缝使得再现像的视场非常狭小,且只有水平视差。在计算全息中模拟无狭缝记录,通过博奇编码获得菲涅耳全息图,以视频信号输入液晶板(LCD)显示,在白色发光二极管(LED)照明下获得同时具有水平和垂直视差的彩色全息再现像,大小为15 mm×15 mm。调整物面采样间距和滤波小孔孔径以减小色模糊、提高再现光的空间相干性,获得的白光再现像与彩虹全息图的再现像相比,前者虽然牺牲了一定的像质,但垂直视场角远大于后者,且整个系统简单紧凑、操作方便,再现像视场范围大,利于观察和接收,另外宽光谱光源和空间光调制器的使用为实现实时三维彩色全息打下了基础。     

单透镜菲涅尔计算全息显示系统中多级像和零级光的去除

为了消除多级像和零级光的干扰,提出了一种单透镜结构的系统,获得了单一无扰的再现像.使用Gerchberg-Saxton(GS)算法获得菲涅尔全息图,预先叠加倾斜平面波相位至菲涅尔全息图上,使再现像移至中央位置.用成像透镜将空间光调制器(SLM)后方的虚像成像至前方,同时在成像透镜后方放置空间滤波器,滤去多级像和零级光.调整透镜与SLM的位置可方便调整再现像的大小和位置,缩短了光学系统的长度.利用虚像的方法为基于液晶SLM的计算全息显示提供了新的思路.     

数字全息光电再现实像与人的交互

为了提高交互的自然性,提出用正交双目摄像机检测空间中的手指作为输入,引导全息影像显示的交互方法.在介绍交互原理的基础之上,分析了手指运动和像的变化,建立了两者的映射关系.在交互的实现上,通过计算全息预先得到场景的数字全息图序列,然后根据检测到的手指信息加载相应的全息图进行光电再现,即可达到数字全息光电再现实像的动态交互显示的效果.最后,孔雀全息再现像与人的交互实例验证了提出方法的有效性和可靠性.     

液晶空间光调制器相移特性研究

根据计算全息原理和傅立叶变换的位移原理,将液晶显示器作为光学显示元件,通过适当改变显示在液晶显示器上的计算全息图的编码,对液晶空间光调制器进行相移特性系统研究。实验测量表明液晶空间光调制器相移系统具有很高的精确性、可重复性和稳定性,并验证相移系统在同轴数字全息中使用的可行性。     

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.     

大视角数字全息的研究

提出一种新的数字全息方法实现大视角彩虹全息的制作。根据两步法彩虹全息原理，用计算机制作彩虹全息图的H1，并用镜像折叠的新算法将大幅的全息图折叠成一幅较小的全息图。输出微缩后成为一个高密度的全息图。光学方法制作H2时，必须配以合适的平面镜，使再现的光波按光的可逆原理展开成原状。该种镜像折叠的方法巧妙地把计算机制全息与光学全息相结合，吸取了两者各自的优点，实现了大视角数字全息的制作。理论及实验结果表明该方法既解决了大幅度计算机制全息图的输出问题，又使相同信息量的数据容量大大减少，为计算全息图用于立体显示的研究开辟了一条新的途径。     

数字全息显微定量相位成像的实验研究

建立了一套预放大式数字全息显微成像系统,通过对样品进行显微放大,实现了高分辨率的定量相位成像;并通过计算机控制相机自动曝光记录序列的数字全息图实现了动态相位成像。用标准样品验证了系统测量的准确性;以活体洋葱表皮细胞和血红细胞为样品,获得了清晰的定量相位像;以置于水环境的草履虫为样品,实现了动态成像。实验结果表明建立的系统可以实现高分辨率的动态定量相位成像,可以应用于生物活体样品的显微研究。     

Robust three, dimensional surface contouring method with digital holography

Nowadays digital holography (DH) is applied to thethree di mensional surface contouring,duetoits non-con-tact advantage[1-5].Moreover ,when a lensless Fouriertransform arrangement with the short-coherence lightsourceis employed in a DHrecording system,not…     

基于GPU的数字全息实时再现系统设计及实验研究

设计了基于图形处理单元(GPU,graphic processing unit)的数字全息实时再现(DHRTR,digital holography real-time reconstruction)系统,并以旋转骰子为研究对象,实验验证了DHRTR系统的有效性。相对CPU,GPU本身含有许多流处理器,通过并行运算可大大缩短数字全息图再现运算时间。利用统一计算设备架构(CUDA)的运算平台,编写了基于GPU处理器的实时再现软件,在对动态全息图进行连续采集的同时,即时对全息图进行再现,并实时显示再现结果。实验结果表明,本文系统可以实现平均帧速为20 frame/s、大小为512 pixels×512 pixels的数字全息图的实时再现。