基于数字微镜的计算全息再现像质增强

为了实现基于数字微镜器件的高质量全息图再现,阐述了数字微镜器件的灰度调制特性及其衍射特性,探讨了数字微镜器件进行全息显示的机理,实现了基于数字微镜器件的全息图高质量再现,并给出了相应的数值模拟结果。结果表明,经过灰度调整后的计算全息图再现效果有明显改善。这一结果对数字微镜用于计算全息显示是有帮助的。     

高分辨率多视点动态全息3D显示

提出了一种高分辨率多视点动态全息3D显示方法,观看视点位置变化时,观看者能够看到连续变化的3D效果。在进行全息图计算时,首先根据针孔阵列投影模型,渲染3D动画中每一帧3D模型的光场图像序列;然后从已渲染的多组光场图像序列中抽取对应视角信息的光场图像进行融合,得到融合后的动态光场图像序列;在进行全息图编码时,以动态光场图像序列中的一帧图像作为物光振幅,以来自于针孔的发散球面波的相位作为物光相位,引入平面参考光进行编码,得到一个单元全息图。由于每个单元全息图的计算是相互独立的,因此在计算过程中使用并行加速计算,实现了尺寸为32 mm×32 mm、分辨率为100000 pixel×100000 pixel的高分辨率全息图,其光场图像融合和全息编码的时间仅需27 min。光学再现结果证明了该方法的可行性。所提出的高分辨率多视点动态全息3D显示方法在全息包装和3D广告等领域具有广泛的应用前景。     

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。     

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。     

高衍射效率光致聚合物薄膜中全息记录研究

为了研究新的全息记录介质,本文我们介绍一种基于TMPTA单体的光致聚合物材料。我们已经在该聚合物薄膜样品中成功记录三维实物信息及数字静态视差图像存储等,证明具有良好的全息记录与重建的性能。实验结果表明:该材料在记录角度为26°时,不加电压等任何外部条件下的衍射效率接近90%,并且制作简便、容易保存,作为全息记录介质能够有效地重建出高分辨率,高衍射效率的全息再现像。由于该聚合物的高衍射效率并且不需要外加电压等特性,该材料更加适合用于全息图和大数据的永久存储,并且它在大尺寸静态三维全息图显示、三维图像存储、数据储存、全息防伪、全息打印等领域具有较强的优势和潜在的应用前景。     

用于微结构几何量测量的数字全息方法

基于光学全息和数字图像处理技术发展起来的数字全息方法,其显著的优越性表现在全视场、无损、非接触,且能得到高分辨率。无透镜傅里叶变换数字全息,最能充分利用CCD的有限带宽,而且允许的最小的记录距离与被记录物体的大小成正比,对于微小物体可以达到很高的分辨率,因此广泛用于微结构几何量的测量。然而,其记录距离受到光学元件物理尺寸的限制,分辨率不能得到很好地提高。应用预放大离轴菲涅耳数字全息,能够更大程度地提高分辨率,达到1m以下的横向分辨率。     

数字全息图像处理技术研究

本文从理论和实验研究了数字全息图像处理技术。记录采用离轴数字全息光路,预处理算法采用数字相减法,再现利用菲涅尔变换算法做衍射数值计算。实验结果表明,本文的研究方法能成功获取数字全息图像并进行数字全息图像再现。     

基于数字微镜器件的计算全息3维显示

为了进一步研究计算全息3维显示的方法,以数字微镜器件为空间光调制器,采用层析法,结合菲涅耳衍射积分算法中的角谱法,探讨了全息图的计算与数字微镜器件参量之间的关系,并利用修正立轴参考光编码的方式,得到了菲涅耳计算全息图。通过对计算全息图进行数值模拟及实验验证,均得到了较好的再现像。结果表明,该方法实现了3维物体的再现,为计算全息3维显示提供了一种有效的方法。     

大视场高分辨率数字全息成像技术综述

数字全息作为一种干涉成像方式,能够准确记录物体的相位信息,具有快速、无损、三维成像等优势,被广泛应用于生物成像与材料科学等领域。与其他光学成像方式相同,数字全息也面临分辨率与成像视场互为限制而导致空间带宽积受限的问题。研究人员提出了计算照明、计算调制与计算探测等方法,通过牺牲成像系统的时间、偏振等自由度来扩展其空间带宽积。文中分析了光学系统信息承载能力的理论基础,总结了近年来大视场高分辨率的数字全息成像技术,介绍了倾斜照明、结构光照明、随机调制照明、多位置综合孔径探测和像素超分辨等方法实现分辨率增强,以及基于角度复用的视场扩展的原理及具体实现,对不同方法进行了比较和分析,并对提高分辨率以及扩大视场的途径进行了展望。     

数字微镜器件及其应用

数字微镜器件是一种新型的全数字化的平板显示器件，以其为主要组件的大屏幕投影显示技术获得了良好的市场反映。本文将具体介绍数字微镜器件的工作原理、像素结构、制作工艺及图像显示原理等。     

大尺寸全息3D显示系统

全息显示技术被认为是最有前景的显示技术之一。然而,目前的空间光调制器（SLM）尺寸很小,不能满足大尺寸全息显示的要求。提出了一种大尺寸全息3D显示系统,该系统由1个激光器、1个扩束器、3个透镜、1个分束器、2个SLM及1个孔径光阑构成。首先使用误差扩散方法生成大尺寸的全息图;然后将大尺寸全息图分割为2幅具有相同分辨率的全息图,并将它们分别加载到2个SLM上;最后在空间上将2个SLM的衍射光场无缝拼接在一起,实现大尺寸全息3D显示。实验结果验证了该系统的有效性。     

数字全息亚像素位移综合孔径方法

孔径综合是提高成像分辨率的有效手段。针对综合孔径数字全息术,提出一种亚像素位移精度的孔径综合方法。利用基于快速傅里叶变换的菲涅耳衍射公式进行目标光场重构,利用傅里叶变换的移位性质,将全息图的位移量转化为活塞相位和倾斜相位,从而实现任意位移量的数字全息孔径综合。开展了数字离轴全息综合孔径实验,实验结果验证了该方法的有效性。同时,在牺牲一定分辨率的前提下,该方法能够显著减少孔径综合的运算量,具有很好的实时性,并降低处理器的硬件配置要求。     

基于数字化全息的虚实混合场景动态三维显示

提出了一种数字全息图（DH）与计算机制全息图（CGH）结合的虚实混合场景全息三维显示方法。首先采用无透镜傅里叶变换数字全息图记录真实场景三维信息。接着根据空间光调制器像素间距对DH进行采样频率变换。然后在频域对变换后的DH进行高通滤波及场景的缩放、面内旋转、平移等操作。最后采用双极强度法计算虚拟场景的CGH。计算中,将处理后的DH作为双极强度叠加的初始值,从而实现了真实和虚拟场景全息图的融合。搭建彩色动态全息三维显示系统对提出的方法进行了实验验证。对商用反射式液晶4 K投影仪进行了改造,实现了30 fps的彩色动态全息三维显示。实验结果表明所提出的方法实现了DH和CGH的高效融合,为虚实混合场景动态全息三维显示提供了一种有效途径。     

数字全息图再现像的分析计算

用菲涅耳衍射和振幅全息的理论，分析了数字全息的物像关系和再现像的分辨率，并进行相应的数值模拟和实验研究。研究结果表明：数字全息的物像关系与传统振幅全息的物像关系是等同的，当用相同波长的准直光记录和再现数字全息图时。可以得到与原物完全相同的再现像，且再现光入射方向的变化仅使再现像位置发生平移。对其大小没有影响。数字全息的横向分辨率与传统成像光学仪器的分辨本领具有相同的物理意义。其大小主要取决于再现像位置处以CCD尺寸为窗口的衍射极限。模拟计算和实验测量的结果是完全吻合的，但在实际物体的记录中。由于噪声、照明光场的不均匀性、物光衍射光场的调制和CCD动态范围的影响，后者的误差比前者大。     

基于内插与外推的数字全息分辨率增强方法

为了提高数字全息再现图像的分辨率,分析了增强图像分辨率的典型方法,提出了同时采用图像内插与外推的数字全息分辨率改进方法。对采集的全息图运用图像算法进行向内插值与向外填充,在全息面和物面之间采用角谱方法进行双向衍射迭代。通过该方法可以实现全息图的内插与外推,内插过程可以增加全息图空间采样频率而外推过程扩大了全息图数值孔径。同时,讨论了内插与外推的限制因素,并将新的改进方法与单独采用外推或内插进行了比较,模拟和实验结果证明,运用该方法可以明显改善再现图像分辨质量。     

一种抗湿性丙烯酰胺基光致聚合物及全息特性

全息存储的应用在很大程度上取决于是否有合适的存储材料。光致聚合物作为一种体全息存储材料，具有高的感光灵敏度、高分辨率、高衍射效率及高信噪比，大的动态范围，可用完全干法处理及快速显影，最有可能成为数字全息存储的一次写入型材料。但这种材料受环境影响很大，特别是湿度的影响。在普通实验条件下，材料的可重复性差。当环境湿度过大时，膜极易吸水，致使衍射效率较低，甚至没有衍射效率。     

利用数字全息和DMD实时观察温度场的研究

本文将数字微镜（DMD）应用于数字全息,提出了一种新的实时再现方法,该方法用CMOS采集全息图,经计算机编程处理后直接输送到DMD,经激光照射后实时再现物光场的干涉像,取代了以往数字全息中用计算机编程衍射计算实现干涉像再现的过程,达到了节省时间,实时观察的目的。文章以温度场检测为例,将DMD再现的干涉像与计算机衍射计算再现的结果进行了对比,证明了该方法的可行性和准确性。     

离轴数字全息波前重建算法讨论

在离轴数字全息的应用研究中,将数字全息图视为单位振幅平面波照射下的光波场,利用1次快速傅里叶变换(FFT)计算菲涅耳衍射积分是最流行的物光波前重建方法(简称1-FFT法)。然而,用球面波为重建波,利用像平面滤波技术及角谱衍射理论,存在需要4次FFT的另一种波前重建方法(简称FIMG4FFT法)。基于快速傅里叶变换理论对这两种方法进行研究。结果表明,尽管FIMG4FFT重建方法需要进行4次FFT计算,却能用较少的计算资源高效率地重建同等质量的物光场。为便于实际应用,详细给出FIMG4FFT方法在彩色数字全息图像重建及物体微形变检测中的应用实例。     

可编程等效异形像元的几何超分辨方法

为获得高分辨率目标图像,提出了等效异形像元几何超分辨方法。数字微镜器件(DMD)中2×2个微镜对应一个探测器像元,通过顺次控制DMD微镜编码得到4种异形像元,并采集各自状态下的目标图像,通过重建算法得到高分辨率目标图像。通过仿真实验验证了算法的有效性,并对视轴稳定误差对重建图像质量的影响进行分析。最后给出了像元尺寸、系统焦距与视轴稳定精度之间关系。实验结果表明:当探测器和目标之间不存在相对运动时,所得高分辨率图像PSNR可达53.024 3dB,相比于双线性插值方法提高了40.7%;可接受的探测器和目标之间最大相对运动量为1/10像元尺寸;当探测器像元尺寸为15μm、光学系统焦距为1 000mm时,系统对视轴稳定精度要求达到15μrad。所提出的方法可有效提高像元几何分辨率,且具有工程实现性。     

离轴数字全息记录条件的研究

用振幅全息和菲涅耳衍射理论,分析离轴数字全息记录系统结构参数对数字全息再现的影响,并进行相应的实验验证。理论分析和实验研究结果都表明,如果记录物体和CCD的尺寸固定,记录物体和CCD之间的记录距离将直接影响数字全息再现像的分离状况和系统的分辨率,在保证再现像分离的前提下,缩短物体和CCD之间的距离将有利于数字全息再现像分辨率的提高。