基于空间光调制器的动态全息再现技术研究

为了使空间光调制器实时产生大景深的再现像,运用GS算法计算出不同参数下的全息图。通过计算全息重建算法仿真得到不同傅里叶全息图下的再现像。在无傅里叶变换透镜的情况下,利用计算机将不同参数下的傅里叶全息图输出到空间光调制器,通过分析二维实时动态显示的再现像表明,当傅里叶全息图的采样点数为1 024×768,采样间隔为18μm时,再现像景深为275 cm,该参数下再现像景深最大;通过分析不同参数的傅里叶全息图再现像,实验结果表明相位图像元尺寸越小再现像景深越大,并且在相同参数下有傅里叶变换透镜时的再现像景深小于无傅里叶变换透镜时的再现像景深。     

傅里叶计算全息图的数字再现及混叠的消除

提出了一种傅里叶计算全息图数字再现中混叠消除的方法。通过对傅里叶变换计算全息图再现过程的分析,在空域扩展待编码图像的范围,实现了数字图像的傅里叶Burch型计算全息图的制作。对编码的实值图像作逆傅里叶变换,可以准确地重建原图像。该编码方法解决了再现过程中图像混叠的问题,适用于对所有灰度图像的编码。实验结果表明,提出的编码方法可以得到清晰的再现图像。     

共轭对称延拓傅里叶计算全息

提出一种计算全息算法,将物光波进行共轭对称延拓,经快速傅里叶变换直接生成实函数,其中包含物光波的幅度和相位信息,可编码得到灰度全息图.利用此全息图可清晰地再现原物光波.通过共轭延拓生成计算全息图的方法与以往基于干涉的计算全息不同之处在于,这里并不需要模拟物光和参考光的干涉,计算效率很高.利用生成的全息图在数字再现和光电再现实验中均获得了良好的效果.理论推导和实验结果都验证了算法的有效性. 关键词： 计算全息 共轭对称 数字再现 光电再现     

数字无透镜傅里叶变换全息术中非傍轴及离焦像差的校正

对数字无透镜傅里叶变换全息图直接采用逆傅里叶变换进行物场的数值重建时.需要满足两个条件:第一,全息图的记录过程必须满足傍轴近似条件,否则再现过程中会产生非傍轴像差;第二,记录全息图时物平面与参考点光源到全息图记录平面的距离必须相等,否则再现过程中会产生离焦像差.理论分析了非傍轴及离焦记录条件下数字无透镜傅里叶变换全息图的灰度分布特点,并提出了相应的非傍轴及离焦像差的数值校正方法.根据实际的非傍轴或离焦记录情况.分别给所记录的数字全息图灰度分布矩阵乘以适当的非傍轴或离焦校正因子,以消除灰度矩阵中非傍轴或离焦因素的影响.然后再对校正后的伞息图灰度矩阵做逆傅里叶变换处理.即可得到准确的数字再现像.实验结果表明.该数值重建方法能够有效地消除无透镜傅里叶变换全息术中数字再现像的非傍轴像差及离焦像差,提高再现像的质量.     

基于随机相位实值编码的光学图像加密

提出了一种用于图像加密的随机相位实值编码方法,待编码的纯相位图像与一个随机相位掩膜一起作傅里叶变换,取其实部作为编码图像.已编码的图像和随机相位掩膜的傅里叶变换相加作傅里叶反变换,反变换的光强可以准确地重建原图像.该编译码方法简单,编码图像是一个实值图像,便于计算机打印或显示输出.     

迂回位相型计算全息图和修正离轴参考光计算全息图的对比讨论

使用Matlab语言得到了迂回位相全息图和博奇型全息图,由傅里叶逆变换得到再现像。阐述了两种计算全息图各自的特点,对再现像的质量、数量、大小、程序运行速度作出对比讨论。迂回位相计算全息图有便于记录、方便传递的特点。利用博奇编码得到的修正离轴参考光计算全息图有高质量的再现像,而且计算速度也比较快,对于复杂的二维图像,可以考虑利用这种编码方法进行计算全息。     

傅里叶变换计算全息彩色再现

通过博奇编码获得傅里叶变换计算全息图,将其加载在空间光调制器上进行光学再现,分析了影响再现像分辨率和色彩还原性的因素.实验结果表明:基元尺寸与再现像的大小与中心位置成反比;单色光波长与再现像的大小与中心位置成正比;滤光片三基色的透过率不同和半高全宽将分别影响再现像的色彩还原性和分辨率;CMOS三基色的光谱灵敏度不同也是再现像色彩失真的原因之一.基元尺寸和波长的影响用比例系数修正,滤光片与CMOS的影响用权重系数修正,实现了彩色再现像的色彩不失真合成.     

基于博奇编码离轴全息方法的研究

研究了一种计算全息编码过程中使原始像与共轭像分离的方法。通过对傅里叶变换计算全息图再现过程的分析,采用将原物抽样点镶嵌到比原物大的全零矩阵中的方法代替载频参数的计算,来实现原始像与共轭像的分离。对新矩阵进行离散傅里叶变换,利用博奇编码方式制作出计算全息图,并在图像重构时利用高通滤波器消除背景光干扰对重构视觉效果的影响。采用该方法制作的计算全息图可通过控制全零矩阵的大小来控制再现时原始像与共轭像的分离程度,全零矩阵越大,其分离程度越大。实验结果表明,全零矩阵为原物大小的4倍时可使原始像与共轭像刚好分离。但是为了方便滤除零级光斑,全零矩阵需稍大于原物大小的4倍。     

基于相移干涉与分数傅里叶变换的纯相位图像加密

只有两步的正交相移干涉方法,只需记录两幅干涉图,不需要记录物光波和参考光波的强度信息,就可以再现没有零级像和共轭像的再现像.结合分数傅里叶变换和双随机相位编码,提出一种纯相位光学图像加密技术.解密时,只要获得正确的密钥,经过简单的计算就可以重建清晰的原始图像.模拟实验验证了它的可行性和有效性,并分析了抗裁剪和噪声的鲁棒性以及参考光强度大小对加密解密的影响.     

二元相位计算全息图

本文提出了对物体傅里叶变换频谱的实部或者虚部编码制作计算全息图的方法,并且指出这种全息图可以在相位编码方向上采用多路技术,使其具有一图多用的功能.文中给出了实验结果.     

基于级联分数傅里叶变换系统的数字水印技术

提出一种基于分数傅里叶变换和随机相位编码的光学加密数字水印技术,可成为一种信息隐藏及保护的有效方案.该数字水印技术对于噪音叠加和常见的图像处理操作具有较强的稳健性.该技术根据光学级联分数傅里叶变换系统,利用两个随机相位分布函数对水印信息编码并经过迭代分数傅里叶变换嵌入到变换域的载体图像中.在水印检测和提取过程中,两个相位分布函数作为密钥.随机相位编码技术的引入,进一步提高了数字水印系统的密钥空间.增强了系统的安全性.该数字水印技术基于光学分数傅里叶变换原理,可以利用光学变换系统方便地实现.     

分数傅里叶变换计算全息

在计算全息和分数傅里叶变换的基础上提出了不对称分数傅里叶变换计算全息和双随机相位不对称分数傅里叶变换计算全息。在这种方法中,首先用一随机相位函数乘以输入图像信息,然后沿x方向实施α级次的一维分数傅里叶变换,再乘以第二个随机相位函数,最后,沿y方向实施β级次的一维分数傅里叶变换。采用迂回位相编码法对变换后的结果编码,绘出计算全息图。为了恢复原始图像,需要知道变换级次和随机相位函数。利用这种方法进行图像加密,使加密图像的密钥由原来两重增加到四重,从而提高了系统的保密性能。     

黄氏傅里叶计算全息图的数字再现及零级像的消除

将数字再现技术应用于黄氏(T.S. Huang)傅里叶计算全息图的再现过程, 制作计算全息图,利用数字再现直接在计算机上完成全息图的再现.直接利用数字图像处理的方法对所得计算全息图进行滤波处理,消除了零级像和原始像,使得数字再现时得到了清晰的再现像,并给出了所制作的计算全息图以及数字再现的结果.     

利用合成谱在计算全息图中编码多个物体的方法

 提出在迂回位相傅里叶变换计算全息图中利用合成谱记录多个物体的方法。该方法利用多个物体合成的傅里叶频谱,代替传统的迂回位相型计算全息图中的单一频谱,在一幅计算全息图中完成多个物体的编码。再现时多个物体同时再现在同一衍射级的周围,并且再现像的形式可以多种多样。采用液晶空间光调制器(LC SLM)完成计算全息图的光学再现,实验验证了方法的有效性。结果表明：该方法可有效提高计算全息图的信息容量。     

几何近似傅里叶计算全息衍射干涉法

在扩展白光编码栅谱衍射干涉法的基础上,本文提出了用同轴计算机傅里叶全息图合成编码栅的新方法,使得谱衍射干涉法的干涉形式可随编码栅图案改变的特点成为现实可能,相应能容易地产生一般干涉形式之外的任何干扰图.编码谱函数由一定的几何图案所构成,本文还提出了几何光学近似方法,使得物面函数可近似用纯相位变化表示,这样将得到较易制作的两元型干涉计算机全息图,从而也避免了复杂的两维傅里叶变换计算.     

无透镜傅里叶变换全息图数值再现中的图像处理

针对无透镜傅里叶变换全息图数值再现过程的特点，提出了一套不同于以往的削弱或消除全息图0级衍射和孪生像的数字图像处理算法。该算法分为三步。首先，对所拍摄的数字全息图通过高通滤波实现衬比度增强预处理，以提高全息图的衍射效率并消除再现图像的0级衍射斑；其次，对再现图像进行带通及Ⅴ型滤波，以降低背景噪声并使再现视场均匀；最后，对所得到的再现像进行平滑处理，通过小波滤噪和中值滤波进一步提高再现像的信噪比。实验结果表明，该方法只需记录一幅数字全息图，通过简单的数字图像处理，便可明显改善图像质量，尤其适用于无透镜傅里叶变换全息图的数值再现，并且更加实用化。     

无透镜傅里叶变换全息图在欠采样条件下的数值再现分析

在理论分析无透镜傅里叶变换全息图记录的基础上，结合CCD的结构特点，用傅里叶频谱方法具体研究了无透镜傅里叶变换全息图在欠采样条件下的再现问题.指出在无透镜傅里叶变换全息术中，对有限尺寸物体而言，在记录过程不满足申农（Shannon）采样定理的条件下，仍能完整再现出物体的像.同时对再现像的变化特点进行了理论说明.所得的实验结果与理论分析一致.     

通过保留相位进行全息图信息压缩的方法

从全息图的特点出发,研究了全息图的记录和再现原理,提出了一种对离轴菲涅耳全息图信息压缩的方法。对全息图进行傅里叶变换,滤除零级噪声及物光波的共轭波前,仅仅保留物光波的相位信息,而后以采用较低的采样频率对全息图重新抽样,从而大大减少了数字全息图的信息冗余。压缩后的全息图也可以获得良好像质的再现像。理论和实验均证明了该方法的可行性,为全息图的信息存贮与传输提供一条新的途径。     

基于两步正交相移干涉的振幅图像光学加密技术

提出一种基于两步正交相移干涉的光学图像加密技术.这种相移干涉数字全息只要记录两幅干涉图,不需要记录物光波和参考光波的强度信息,就可以再现没有零级像和共轭像的再现像.物光波对应的光路经过两次菲涅尔变换,并结合双随机相位编码.参考光分别引入0和π/2相位,用数字化记录介质记录两幅数字全息图作为加密图像.解密时只要获得正确的密钥,经过简单的计算就可以重建清晰的原始图像.模拟实验验证了它的可行性和有效性,分析了抗裁剪和噪音的鲁棒性.     

分数傅里叶变换全息图及其再现像的解析性

将分数傅里叶变换用于全息图制作,针对各种记录方式,全面研究了分数傅里叶变换全息图无透镜再现像的共轭关系和放大率关系,确切完整地给出了分数傅里叶全息术傍轴几何光学理论的数学表达和物理解释.计算机模拟实验证明了结论的可靠与可行.