有效视角图像切片嵌合法全息体视图的数值重构

全息体视图打印技术是当下广泛应用的一种全息技术。近年来本课题组提出了一种新的对视角图像进行预处理并进行全息体视图打印的方法,称为有效视角图像切片嵌合(EPISM)法,该方法可以通过一步记录实现传统两步法的全息打印效果,具有很高的研究价值。为了在光学实验之前对EPISM法全息体视图的打印结果进行预测,提出一种EPISM法全息体视图的数值重构算法,采用该算法对EPISM法处理过的合成视角图像进行数值重构,可以在光学打印之前预先得到不同观察角度和观察位置所看到的再现图像。将数值重构图像与原始采样图像以及光学实验再现像进行比较,结果表明:该算法可以较好地对EPISM法全息体视图打印的光学实验结果进行模拟。     

全息打印技术研究进展

全息打印技术可以实现场景的真三维显示,根据干涉纹样的不同来源及不同记录方式,可将其归类为合成全息体视图打印、计算全息图打印与全息波前打印。合成全息体视图打印无法准确记录三维场景的深度信息,因而全息图再现时存在会聚-调节矛盾;计算全息图打印能够准确记录与再现场景的深度信息,继而解决会聚-调节矛盾,然而仅能得到薄的透射型全息图,因而无法实现白光再现;全息波前打印既可以解决会聚-调节矛盾,又可以得到厚的反射型全息图,实现具有良好观察效果的白光再现。首先介绍了各类全息打印技术的基本原理,着重分析了各自的研究现状,然后讨论了它们的优缺点,以说明各类全息打印技术的特性。     

有效视差图像分割与重组的单步全息体视图打印方法

简要介绍了有效视差图像分割与重组(EPISM)的单步全息体视图打印方法的基本原理,分析了EPISM方法对不同场景深度再现质量变化的影响。研究了基于EPISM方法的全息体视图视觉跳变问题产生的原因,分析了全息体视图的曲率失真问题,验证了曲率失真对全息体视图再现质量的影响。通过减小全息单元尺寸进行了实验验证,有效提高了较短深度三维场景的再现质量。     

赝像-正像转换算法在全息体视图打印中的应用

将适用于三维场景信息非对称采集和显示的赝像-正像转换(POC)算法应用于全息体视图打印,得到了采样平面与全息图平面的距离、采样间隔与全息单元尺寸比例不同时,采样图像和合成视差图像之间的像素匹配关系。分析了曝光光学系统参数和POC算法参数对体视图再现像视场角的影响,得到了场景深度和视场角之间的制约关系。实验通过在不同场景深度下三维物体的再现,验证了POC算法对全息体视图打印的适用性以及场景深度和视场角之间制约关系的正确性。实验结果表明,当场景深度较小时,再现像重影导致分辨率降低,并从理论上分析了全息体视图重影现象产生的原因。像素级精确的视差图像避免了数据误差对体视图再现质量的影响,对提高再现像分辨率有积极意义。     

用波前平面提高全息体视图成像分辨率

针对全息体视图成像分辨率较低的问题,提出了用波前平面提高成像分辨率的方法。定量分析了空间采样、角采样和衍射效应对全息体视图成像极限分辨率的影响;以人眼在距离全息图600 mm处观察的极限分辨能力为标准,给出了全息体视图的成像极限分辨率与三维场景深度及全息单元(Hogel)尺寸之间的关系;得出了在波长取632.8 nm时,全息体视图能够高分辨率再现的三维场景的极限深度为12.80 mm,最佳Hogel尺寸为90μm,并且依据极限深度设置了波前平面。选择2个三维场景进行了验证实验:数字模拟再现了结构较为复杂的坦克模型,可以准确表现出模型的各个深度上的精细结构;用基于空间光调制器的全息三维显示系统对茶壶模型进行了光学再现,再现图像很好地提供了深度和光泽等三维感知因素。     

基于计算全息的全视差合成全息研究

文中进行了一种新型三维全息图的制作方法研究,该方法基于计算全息原理,与合成全息相结合,实现激光三维全息图的直写打印制作。首先进行了菲涅耳计算全息图的实验,表明计算全息与合成全息结合的可行性与合理性。然后根据合成全息原理与计算全息原理对三维模型进行采样和图像变换处理,再计算出相应的菲涅耳计算全息图,借助数字全息激光打印系统完成三维全息图的拍摄,在激光下进行光学再现,最后对再现结果进行了分析与讨论。     

高速高精度体全息光学相关器

体全息光学相关器基于体光栅的布拉格选择性,在记录介质的共同体积中利用角度复用存储多幅图像。相关计算时,输入一幅图像可以并行输出所有的相关点,每个相关点的强度代表输入图像与对应库图像之间的内积值。分析了提高体全息光学相关器运算精度和速度的关键技术。总结了近年来采用散斑调制技术降低相关通道串扰,采用二维随机交错方法消除图案依赖行为,采用多样本并行估计方法提高并行运算精度,采用读写分离结构实观系统小型化集成等体全息光学相关器技术方面的研究进展。目前体全息光学相关器已经实现超过7500通道的并行运算能力,运算速度达到138GHz。系统在遥感图像匹配、指纹识别等领域的成功应用证明了其高速高精度运算能力。     

局域体全息光栅的理论和应用研究

介绍了国内外局域体全息光栅的理论分析方法、衍射性能的研究和应用情况。重点介绍了局域体全息光栅的耦合波理论方法及其在设计基本光学元件、光通信、集成光学等方而的应用及其发展现状。     

基于光学全息和半色调技术的二维条码

描述了一种利用光学全息及半色调技术的二维条码的编解码方法。与传统的二维条码编码方法相比,该方法是利用光学全息的方法对信息进行编码和解码, 避免了传统二维条码复杂的编解码流程,而且可以利用全息固有的特征提高其数据存储能力和纠错能力。此外,在编码过程中引入半色调技术减少二维条码在打印过程中的信息丢失。根据上述原理,本文实现了全息二维条码的编解码,计算仿真和实验均证明了该方法的可行性。     

提高计算全息图再现质量的研究

运用计算全息原理与二元光学技术设计制作了用于波面变换的计算全息ＣＧＨ元件。采用此方法制作的计算全息元件的衍射效率比一般计算全息元件的衍射效率（理论值为１０．１３％）提高了约三倍。再现质量得到了改善。     

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.     

计算全息衍射光学代码的设计

提出了应用二元计算全息（ＢＣＧＨ）的方法来设计和制作一种新型的衍射光学代码（ＤＯＣ），并采用振幅补偿的方法来保证正确的可译性和实现高信噪比。还将其与Ｓ．Ｊ．Ｂｅｖｅｒ等人提出的相位整形方法制作的衍射光学条码（ＤＯＢＣ）的结果进行了比较，分析结果表明这种方法制作的ＤＯＣ具有能完全正确解译、低恢复误差、高信噪比等特点     

空域计算全息三维成像技术

近年来在光信息技术和计算机等技术的推动下,三维显示技术发展迅猛。全息技术由于能满足人眼各种视觉效应而备受关注。计算全息作为全息技术和计算机技术的结合体,能灵活地将存储于计算机内部的物体数据通过光学手段进行重现。然而,计算耗时、再现可视角过小成为了其发展的两大制约因素。通过证明夫琅禾费计算全息能应用于菲涅耳区域的三维显示,系统地介绍了自主开发的空域夫琅禾费计算全息方法,并以该算法为基础,进一步解决了面编码相息图中若干问题,如明暗、遮挡、纹理等。同时,利用等效弧形阵列原理,搭建了一套时空复用的4f光学系统,提高了空间带宽积,实现了宽视角全息三维成像。研究成果能直接移植到三维场景的计算和大型的数据源,为高分辨率动态全息三维显示发展提供了坚实的理论和实验基础。     

一种全息体视图虚实场景融合显示的图像编码方法

为了较好地实现全息体视图虚实场景融合的立体显示,分析了虚实场景之间存在的遮挡关系,提出一种基于实例分割与深度值判定的图像编码方法。理论分析表明,场景间的遮挡来源于特定视角下物点的不同深度信息,相机采样时只能保留近处物点的强度信息。求解采样图像的深度图,利用深度值判定的方法可以实现场景的有效融合。为进一步降低深度值求解不精确的影响,利用Mask R-CNN实例分割算法对真实场景的采样图像进行分层处理,并赋予各层伪深度值,再采用深度值判定方法实现虚实场景之间有遮挡关系的融合编码。采用基于有效视角图像分割与重组(EPISM)的方法进行全息打印光学实验,结果表明,所提出的图像编码方法可以有效实现虚实场景融合的立体显示。     

复杂多项式计算的互补编码真值表查询

本文讨论了复杂多项式计算,提出了一种实现真值表查询的光学新方法。采用光强的互补编码,利用体全息关联特性,构造了一种内容寻址的、基于与非操作的光学全息真值表查询系统。给出的实验研究结果证明该系统是可行的。     

光学多通道体全息快速目标识别技术

体全息存储技术是一种超越现有串行存储方式的并行存储技术,同时又兼备内容寻址的功能.能实现高密度、大容量、高传输率的数据存储及并行多通道光计算.利用体全息相关器作为基准图像库和粗处理微处理器,与传统光电系统相结合,可并行地进行实时图像与基准图像的相关匹配,快速进行复杂景象的搜索与识别,进行快速飞行目标的锁定和跟踪.由于匹配算法的并行性,可大大减小由于处理延迟而产生的跟踪误差.在高分辨率精准导航定位或侦察监视系统中,由于目标图像及图像库数据容量大,采用体全息存储相关技术结合DSP处理技术,对大幅面数据页在大规模图像库中进行进行快速搜索截获,可以将处理速度大为提高.文中简要介绍了体全息存储及相关识别的原理;多通道体全息存储快速目标识别的系统结构;提高体全息相关器通道密度的方法;提高识别精度的方法;基于体全息相关识别的图像预处理算法;基于体全息存储技术的地形匹配技术与目标跟踪技术;最后展望了光学多通道体全息快速目标识别技术在以大数据量,高速,精准为特征的导航定位或侦察监视等武器平台中的应用前景.     

高阶神经网络模型的一种光学实现结构

光学神经网络自从D.Psaltis等人在1985年提出了用光学矩阵——矢量结构实现Hopfield模型以来,这几年得到了很大的发展。如何用光学手段实现高阶神经网络模型,D.Psaltis曾指出一种用体全息实现N~3互连的设想,南朝鲜的Jn-Seog Jung等人用全息方法实现了二维二次神经网络模型。 本文提出了一种新的光学实现高阶神经网络模型的结构。下面用二阶Hopfield神经     

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。     

轨道角动量超表面全息复用研究进展

光子的轨道角动量（OAM）由于理论上的无限模式数而被广泛用于提高数据传输的信道容量。由光学薄膜和亚波长结构阵列组成的超表面可以操纵光学维度，实现高性能的光子集成，而利用超表面实现OAM复用有利于光学器件向小型化、多功能化方向发展。通过设计超表面的幅度与相位分布可以实现OAM全息，将OAM与偏振、波长、角度等其他光学维度结合可以获得多自由度大容量OAM复用全息。本综述将从这些方向展开，论述近年来利用超表面实现OAM复用全息的研究进展。提高OAM复用全息的自由度并改善成像质量，实现安全性、集成度更高的光学元器件，是未来OAM全息的发展方向。     

飞航导弹雷达截面预估

综合应用物理光学法（PO）、等效电磁流法（MEC）和几何光学法（GO）等高频分析方法,分析了导弹目标各部分散射场之间的相互干涉作用,计算了椭球体弹头、橄榄体弹头和半球体弹头三种不同形状弹头的导弹整体雷达截面（RCS）。计算结果表明该方法正确有效,可满足工程分析的需要。