用空间光调制器实现全息再现像的实时重构

针对目前实现大视角数字全息图实时动态再现的难点,提出了一种基于液晶空间光调制器用分时再现原理实现大视角数字全息图实时动态显示的新方法.分析了大视角全息图的计算原理和利用空间光调制器进行分时再现的技术原理,并提出了空间多屏拼接的方法.利用经改造的液晶背投影光学引擎系统设计了实验系统,对计算得到的全息图阵列进行了相应的处理以符合原投影系统RGB信号的传榆,处理后的全息图阵列由计算机控制以60Hz的频率输出到光学引擎.实验结果表明,可以观察到大视角全息图的动态再现像.     

医学层析图像的计算全息三维可视化

提出了一种医学层析图像的计算全息三维可视化技术。首先研究了层析图像序列的三维信息融合,将层析图像序列的二维信息融合成三维信息,用计算全息图的方法进行三维信息记录。然后结合空间光调制器的结构特性,对全息系统的空间频率、参物光夹角、取样间隔以及全息再现像的再现区域和视角等进行了讨论和分析,并设置了相关参数,使计算全息系统与电子显示系统相匹配。最后用液晶空间光调制器作为全息图显示载体,用计算机控制全息图的实时输出,用雾屏承载三维空间再现像,建立三维图像光电再现与实时显示系统,实现层析图像序列的三维可视化,给出了理论分析与实验结果。     

用于OCT动态聚焦的液晶菲涅尔波带透镜研究

提出了利用液晶菲涅尔波带透镜实现光学相干层析成像(OCT)动态聚焦的方法.根据扭曲相液晶空间光调制器(TN-LCSLM)的光学特性,设计了适用于OCT动态聚焦的菲涅耳波带透镜.利用TN-LCSLM型菲涅耳波带透镜进行了变焦控制实验,焦距实测结果与设计值比较吻合.此外,本文讨论了采用TN-LCSLM型菲涅耳波带透镜实施动态聚焦涉及到的一些问题.     

基于液晶空间光调制器的相息图扫描三维成像

本文提出了一种利用纯相位型液晶空间光调制器(LC-SLM)实现相息图三维显示的方法.该方法以LC-SLM为显示器件,通过相息图的衍射进行三维像的重构.详细研究了相息图的计算及其与LC-SLM参数间的关系,并对再现像像质进行了讨论.为提高显示的空问分辨率,采用分时复用技术,对三维物体进行分组取样,并计算每一分组的相息图,形成分组相息图序列,再现时依次将相息图输入到LC-SLM,利用人眼的视觉残留效应以达到连续扫描三维成像的目的.实验结果表明,该方法实现了三维物体的再现,为三维显示提供了一种有效的方法.     

美国Carnegie—Mellon大学光学信息处理实验室Casasent教授来华讲学记录 第五讲 空间光调制器

所谓空间光调制器是指能够以非相干光或电子信号通过换能器来调制相干光束的器件。这样,在进行光学图样识别和光学信号处理时,就能以相干光的形式输入系统,实时地进行运算。下面分调制器的分类、性能指标和功能;油膜光阀;电子束寻址的DKDP光阀;液晶光阀;以及光DKDP光阀等五个方面逐一介绍。     

实时联合变换相关器目标探测与识别

光学自动图像识别的基本结构是光学相关器,由于光学相关是所有采样点并行处理,运算速度高于计算机千百倍.本文用电寻址液晶EALCD作为空间光调制器SLM,用计算机控制的EALCD并排显示参考信号和实时扫描的目标信号,并用面阵CCD作为平方律探测器记录其联合变换功率谱,通过光学傅立叶变换,输出相关信号,识别目标并确定目标在空间的方位.其特点是,由于用CCD探测功率谱,可以用各种数字处理技术提高系统的信噪比,并能更精确的探测和识别目标.     

Gyrator变换计算全息图及其新型编码方法

基于gyrator变换数值算法和计算全息理论提出了gyrator变换计算全息图,采用罗曼编码方法制作出了在不同变换角度下的gyrator变换计算全息图并实现了相应的数字再现,其再现规律与相关文献报道的gyrator变换全息图的再现规律一致,表明制作gyrator变换计算全息图是可行的。在此基础上提出了一种新的计算全息编码方法即梯形等效面积编码方法,该方法能有效提高在单个抽样单元中进行相位编码时的相位量化级数。应用该编码方法完成了傅里叶变换计算全息图的产生和数字再现的仿真实验,实验表明采用新型编码方法的离轴物体的计算全息图能实现零级衍射成像。采用新型编码方法也实现了gyrator变换计算全息图的产生和数字再现的仿真实验。上述实验结果表明本文提出的新型编码方法是可行的和有效的。     

计算机-光学联合制作宽视角体视全息图

提出了一种用计算机和光学方法相结合制作大视角白光再现全息图方法,该方法充分利用光学方法和计算机制全息图方法的各自特点以达到对任意三维物体的立体图象重构。     

基于EALCD的数字全息的研究

采用一种新的数字全息再现方法,将电荷耦合器件CCD与电寻址液晶EALCD相结合实现数字全息的再现.同时将数字图像处理技术与数字全息术相结合,应用MATLAB软件对记录的全息图进行数字图像处理,实验结果表明,该方法简单快速.通过图像增强等方法对全息图进行数字图像处理,在全息再现中,全息干涉图的对比度得到了显著的提高,有利于全息干涉条纹的自动判读.     

主动式全息显示的全息图快速生成

全息图的生成速度影响了全息三维显示的实用化,大尺寸、大场景全息图的生成尤为困难,为了解决此问题,将人眼跟踪技术和指向光技术用于全息显示,形成主动式全息显示是一种解决动态全息显示的途径。针对主动式全息显示的需要,提出一种基于二步全息算法及空间冗余光波去除的并行全息图生成方案。首先根据二步全息算法计算行列贡献分量,结合空间冗余光波去除原理确定子全息图范围,合理设计基于GPU的CUDA并行计算方案,以实现大尺寸、大场景全息图的快速生成。实验表明这种方法有效可行,二步算法的引入使计算速度在并行计算的基础上再提高10倍左右,空间冗余光波的去除有效克服大场景与空间采样间隔之间的矛盾。     

同轴压缩全息再现多层样本

为了研究3层物体的压缩全息分层再现效果,进行了层析再现多层样本的实验,并且将压缩全息再现与传统反衍射重建方法进行了对比分析。采用了频域减采样的方法来实现全息图的稀疏化,将数据压缩到原始全息图的25%。通过仿真实验,发现采用压缩全息再现的物像和模拟样本的相关系数达到0.64。基于4f光学系统建立了实验系统,实现了3层物体的压缩全息再现,可以使所重建的物像更加清晰以及有效去除背景噪声信号。     

基于雾屏和空间光调制器的全息三维显示

长期以来,人们为实现理想的显示效果已经付出了不懈的努力。传统的立体三维显示技术大多利用人眼的双目视差或者视觉暂留效应来表现出三维效果,它不会产生物理景深,因此缺乏真正的三维感。本文主要研究了一种真三维全息技术,采用雾屏来承接空间光调制器所衍射出来的全息三维图像。主要工作有:首先建立三维模型,然后生成三维模型各个视角的强度信息图和深度信息图,再由强度信息图和深度信息图生成全息图。接下来将全息图加载到空间光调制器上,将衍射出来的全息三维图像承载在雾屏上。     

同轴数字全息视频动态跟踪处理实验

用数字全息进行动态观测时,由于不同物体记录距离不同,且不断地变化,再现像不能始终处于清晰状态。本文提出了利用同轴数字全息视频技术实现在三维空间内对运动物体进行连续动态观测的方法,研究了其中的动态跟踪聚焦算法和视频处理算法。利用上一帧再现像中观测物体的中心位置作为下一帧全息再现中聚焦窗口的中心位置,使聚焦窗口始终跟随观测目标移动,从而保证处理全息视频时每一帧再现像都能准确自动聚焦,使再现视频中要观测的目标始终处于清晰状态。采用上一帧的聚焦距离为下一帧再现距离的搜索中心、避免处理不同全息图时的重复运算等方式来提高数字全息视频的处理速度。实验结果表明,本文提出的数字全息视频成像技术能实现在三维空间内对某一特定运动物体进行连续动态观测。     

利用液晶光阀实现的Joint变换

本文叙述了Joint变换的基本原理,并利用液晶光阀的偏振调制特性实现了Joint变换,液晶光阀作为实时记录器件,可以对物体的频谱进行改善,从而得到了较好的相关输出,实验结果与理论分析相符,提供了实时光学相关的一种新方法。     

微小激光曝光区域温度分布均匀化整形方法

提出了实现光束曝光区温度分布均匀化的方法。该方法主要是充分利用二元光学法和液晶空间光调制的各自优点,并按照设计系统的要求,最大程度避免二元光学法使用不灵活而液晶空间光调制激光能量利用率不高的缺点,实现温度分布均匀化系统优化。为研究该方法的可行性,首先通过遗传算法设计一个16台阶的二元光学整形器件;针对二元光学只能应用于特定条件下的缺点,再引入液晶空间光调制方法,该方法可以对入射光束进行实时、可调控的整形,实现对曝光区温度分布进行实时控制。理论分析和仿真结果都表明,两种方法按照实际需要进行选择,可以有效地实现光束曝光区温度分布均匀化。     

CT图像的计算机制全息三维重建

提出用计算机制全息术实现CT图像的三维重建。首先研究了CT图像的三维信息融合,用计算机模拟CT图像的物光波,用菲涅耳计算全息图的方法,把CT图像的二维信息融合成三维信息,获得菲涅耳全息图。然后将计算机制全息与光学全息相结合,记录彩虹全息图。最后用扩展的白光再现,获得逼真无畸变的真正的三维立体图像,充分发挥了计算机制全息与光学全息的优势。在全息图的计算中利用了快速傅里叶算法,大大缩短计算时间。根据不同的观察需要制作了两种不同效果的全息图,并给出了理论分析和实验结果。     

飞秒激光并行光学存储系统设计及仿真

针对三维光存储串行写入方式存储速度慢、效率低的缺点,设计了一种飞秒激光并行存储光学系统.该系统以TI公司的数字微镜器件作为空间光调制器,对入射飞秒激光进行调制,并利用微透镜阵列对调制后光束进行分束聚焦,从而产生可控的多焦点阵列,实现可控性强、灵活性好的并行加工.本文利用ZEMAX和Matlab对DMD进行了仿真建模,并...     

铁电液晶光寻址空间光调制器特性测试与分析

通过实验对一只美国某大学最新研制的新型高速空间光调制器──氢键非晶硅铁电液晶（ａ－Ｓｉ：Ｈ／ｐｉｎ／ＦＬＣ）光寻址空间光调制器（ＯＡＳＬＭ）的几个关键性能参数进行了测试并分析讨论。结果，此器件分辨率达４０ｌｐ／ｍｍ，对比度为２０∶１，响应上升时间为３．２ｍｓ，响应下降时间为２．６ｍｓ，光学灵敏度为５ｐＪ（写入光源λ＝６３３ｎｍ）。这种器件所表现出的高速、高分辨率和低功耗特性使之在光计算和光学信息处理领域中具有很大的应用潜力。     

调频加网对于全息再现图像的影响

目的 对全息图进行加网处理,实现计算全息图的二值化,将计算全息图应用于印刷领域。方法 本文设计计算全息图进行调频加网的整体方案,讨论不同的加网算法对计算全息再现图像的质量影响。首先,对3幅不同类型的灰度图片进行计算全息编码得到全息图;然后利用误差扩散算法和抖动算法对全息图进行调频加网获得二值化全息图;之后通过光场重建得到全息再现图像。结果 对全息再现图像进行峰值信噪比和结构相似性数据比较发现,误差扩散算法更适用于计算全息二值化处理,抖动加网使计算全息图产生周期性图案,导致再现全息图产生混频现象,全息再现图像的质量下降。结论 加网导致全息图再现质量下降,误差扩散算法可以得到较好的再现像,适用于全息图的二值化处理;与此同时,抖动算法会产生混频现象,因此抖动算法并不适用于全息图二值化处理。     

新型双通道计算全息图

提出了一种新的制作双通道计算全息图的方法.通过在一张全息图中同时记录一个物体傅里叶频谱的复共轭信息和另一个物体的傅里叶频谱信息,重新设计计算全息图的抽样单元,使输入的两个平面物体,同时再现在同一衍射级的相同或不同方向上,再现的两个像在空间完全分离开来,从而实现了载波信息的通道变化.该方法已经在实验中得到了印证,文中给出了相应的原理和实验结果.