一种改进型视角投影图像彩色计算全息术的三维重构算法

本文提出了一种利用三维景物的二维视角投影图像合成计算全息图,并重构出彩色再现三维影像的方法.该方法基于利用视角投影图像获取景物的三维傅里叶频谱的理论,采用电荷耦合器件记录三维景物在白光照明条件下横、纵两正交方向的一系列视角投影图像,并利用这些视角投影图像合成计算全息图,从而重构出三维再现像.通过采用在频谱面上的容余采样方法,提高了图像频谱信息的利用率,通过实验论证,证明了该方法的可行性.利用该方法使得视角投影图像的记录过程更加简单,节省了采样时间,提高了程序运行速度|能够在利用同等数量的视角投影图像的条件下,提高合成全息图的质量,使得重构的彩色再现三维影像更加清晰.     

基于三维傅里叶频谱的计算全息图

提出了一种新的三维物体计算全息图的合成方法.在三维傅里叶旋转抛物面获取频谱理论的基础上,利用圆形扫描获得少量投影,采用多个半圆提取方式获取三维物体的频谱信息并采用共轭对称延拓计算全息编码得到计算全息图.传统方法中,在每幅投影上仅提取一个圆形的频谱信息.在同等投影数量的情况下,通过半圆方式在每幅投影上提取多于一个圆形信息的方法获得频谱信息,提高了每幅投影的信息利用率和全息图再现图像的质量.数字再现的实验证明了该方法的有效性及优越性.     

基于三维傅里叶频谱的计算全息图

提出了一种新的三维物体计算全息图的合成方法.在三维傅里叶旋转抛物面获取频谱理论的基础上,利用圆形扫描获得少量投影,采用多个半圆提取方式获取三维物体的频谱信息并采用共轭对称延拓计算全息编码得到计算全息图.传统方法中,在每幅投影上仅提取一个圆形的频谱信息.在同等投影数量的情况下,通过半圆方式在每幅投影上提取多于一个圆形信息的方法获得频谱信息,提高了每幅投影的信息利用率和全息图再现图像的质量.数字再现的实验证明了该方法的有效性及优越性.     

基于滤波成像的大视角数字全息技术

为提高数字全息再现像视角,提出一种基于滤波成像的数字全息技术来实现大视角的三维物体面型测量.利用离轴像面数字全息技术,通过在4F相干图像处理系统的空间频谱面处放置可移动的低通滤波器,使满足CCD分辨率的物光波与参考光波干涉形成全息图,并控制低通滤波及成像区域分别记录不同谱段的子全息图.再现时,首先对子全息图进行数字傅里叶变换,重构对应频谱段,并对频谱段进行拼接形成完整的物光频谱;而后通过数字再现获得大视角的数字全息再现像.利用该方法测量了圆柱形表面(光滑的缝纫针)的三维形貌,并取得了较好的实验结果.     

基于滤波成像的大视角数字全息技术

为提高数字全息再现像视角,提出一种基于滤波成像的数字全息技术来实现大视角的三维物体面型测量.利用离轴像面数字全息技术,通过在4F相干图像处理系统的空间频谱面处放置可移动的低通滤波器,使满足CCD分辨率的物光波与参考光波干涉形成全息图,并控制低通滤波及成像区域分别记录不同谱段的子全息图.再现时,首先对子全息图进行数字傅里叶变换,重构对应频谱段,并对频谱段进行拼接形成完整的物光频谱|而后通过数字再现获得大视角的数字全息再现像.利用该方法测量了圆柱形表面（光滑的缝纫针）的三维形貌,并取得了较好的实验结果.     

一种新的正交扫描多视投影计算全息图生成方法

提出一种新的正交扫描多视投影计算全息图生成方法。该方法基于推导出的物体三维傅里叶频谱抽样统一模型及其误差分析,设置角度参数,从正交扫描投影图中模拟获得特定角度圆形扫描下的投影图频谱采样圆,并按"θ角(扫描视角)小者优先"准则确定重叠位置的频谱采样信息,从而提高正交投影图频谱利用效率;从理想采样点与其取整点在频谱信息一致性、空间邻近程度的相互关系出发,设置理想采样点所在频域格网点权重值,并以之为基础自适应选取频谱信息一致性较高的格网点作为实际采样点,从而在投影图频谱充分采样和背景噪声引入之间取得平衡,以获得最优的物体三维傅里叶频谱。针对虚拟三维模型的正交扫描多视投影计算全息实验结果表明,所提方法可明显改善所生成的全息图再现像视觉质量,其再现像信噪比不仅在相同投影图数量下显著优于传统正交、圆形扫描方法,并且在冗余采样条件下,投影图数量减少为原来的1/2时,所提方法所生成的全息图再现像信噪比也优于传统正交、圆形扫描方法,因此所提方法具有较高的应用价值。     

利用数值再现实现彩虹全息色差评价

为了在计算机制彩色彩虹全息图输出之前定量得到再现像的色彩保真度,提出了一种采用数值再现进行色差评价的方法.首先对彩虹全息图进行了频谱分析,得到再现参量与频谱分布之间的关系;然后采用频域滤波算法实现彩色彩虹全息图数值再现,得到再现像的相对功率谱分布;最后采用CIE1976UCS均匀颜色空间对再现像色差情况进行了计算.设计了7个色块并制作了计算机制真彩色彩虹全息图,以金卤射灯作为照明光源进行了光学再现实验,给出实验结果及分析.研究证明了采用数值再现方法实现对计算彩虹全息再现像光谱分布和色差进行计算分析是一种快速经济的方法.     

一种新的三维计算全息图的计算方法

介绍了一种制作真实三维物体计算全息图的新方法。用摄像机记录三维物体在非相干光照明条件下两个正交方向上不同视角的一系列投影像，将这些投影像导入计算机，在MATLAB中对其作快速傅里叶变换。对这一系列二维投影像的傅里叶变换图进行抽样，得到三维物体在透镜后焦平面上的光场分布，进而制成一张计算全息图。结果证明该方法可以实现对真实物体三维全息图的合成，并且在算法实现上更加简单，提高了程序的运行速度，有利于改善全息图再现像的质量。为解决真实物体相干全息记录中光源功率和相干长度对全息记录可行性的限制指出了一个新的方向。     

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。     

基于空间光调制器的多层图像的构建与可视化

为解决实时直观地观察多层再现图像的问题,提出利用发光材料实现其可视化.针对由沿光轴方向的二维图层组成的空间图像,利用高效、快速的三维Gerchberg-Saxton算法,得到位相型计算全息图,并通过计算机进行了数字模拟再现.阐述了三维Gerchberg-Saxton算法的流程,并搭建了基于液晶空间光调制器的位相全息图光学再现与可视化光路.利用液晶空间光调制器的灰度-位相曲线把计算全息图转换为灰度图,加载在液晶空间光调制器上,再现出高质量的三维光场,同时利用量子点材料的荧光特性实现了图像的可视化.实验结果表明,光学再现与计算机模拟结果较吻合.该技术在医学、军事、三维显示、微加工以及显微技术等领域有重要应用价值.     

Computer-Generated Holograms Based on the Three-Dimensional Fourier Spectrum

A method to synthesize a computer-generated hologram (CGH) of real-existing objects from projection images is proposed. Different from other similar methods, our method enables the synthesis of a CGH with only one-dimensional (1-D) mechanical scanning of the objects. Our method is connected with the three-dimensional (3-D) Fourier spectrum of the objects by the 3-D central slice theorem (CST). Two efficient recording techniques for projection images and numerical experiments to verify our principle is discussed. A comparison between the two techniques is also presented from the viewpoint of diffraction efficiency. © 2005 The Optical Society of Japan     

Autostereoscopic 3D projection display based on two lenticular sheets

We propose an autostereoscopic three-dimensional (3D) projection display. The display consists of four projectors, a projection screen, and two lenticular sheets. The operation principle and calculation equations are described in detail and the parallax images are corrected by means of homography. A 50-inch autostereoscopic 3D projection display prototype is developed. The normalized luminance distributions of viewing zones from the simulation and the measurement are given. Results agree well with the designed values. The proposed prototype presents full-resolution 3D images similar to the conventional prototype based on two parallax barriers. Moreover, the proposed prototype shows considerably higher brightness and efficiency of light utilization.     

Calibration procedure for 3D measurement systems using two cameras and a laser line

In order to ensure the precision of the measurement of complex 3D object surfaces using non-contact laser scanning systems, a novel stereo vision calibration procedure based on a laser line projection plane is presented. This calibration procedure can also be used in measurement systems based on a single camera and a laser line projection. This procedure, while using only laser-coplanar points, is oriented towards laser line detection and allows the matching of two images on the laser projection plane without the use of a rigid motion equation. These features make this procedure very precise, simple and, consequently, easier to implement.     

Micro-computed tomography observation of sublimation interface and image analysis on sublimation process during freeze-drying

The freeze-drying process is complicated with complex heat and mass transfer during sublimation. The sublimation interface of freeze-drying has become more attractive and meaningful recently. In this study, apple slices undergoing sublimation were scanned by a Micro-CT scanner. The cross-sectional images were reconstructed with those scanning images respectively. The technique of grey value analysis was used to recognize the procedure. The results showed that, from direct scanning images and 2-D reconstructed images, a 3-D moving mode of sublimation interface which contracted to the centre of the sample could be seen, sublimation process proceeded from edge to center gradually. The grey value of ice crystals was determined to be 154 through gauss calculation. By comparing frozen sample with freeze-dried one, the ice crystals regions in the beginning became the porous regions after drying, grey values increased correspondingly. Samples shrunk slightly after drying for 3 to 7 hours, which could be distinguished by the change in grey values.     

激光显示中光学系统研究

为了满足机械转镜扫描要求(转镜转速每分钟不少于3万转)及光束与水平信号的行场同步要求，提出采用面阵空间光调制器及多像素并行扫描方式。采用“面阵空间光调制器”对激光束进行选通和光强调制，使覆盖多像素的激光束在高速扫过面阵空间光调制器时，光强按视频图像的强弱进行调制，从而形成激光视频图像。由于采用了多像素并行扫描、新型二维扫描转镜和积分器光路，扫描速度大大降低，由每分钟几万转降低到3000转，解决了扫描式激光显示的技术瓶颈和激光干涉条纹问题，获得了很好的显示效果。     

Differential 3D shape retrieval

We are presenting a differential three-dimensional (3-D) shape profiling method that is based on the combination of orthogonal fringe projection. It allows us to compute depth gradient maps in a fast and efficient manner. What we are demonstrating is that depth gradients can be computed in a simple way by measuring fringe deformation throughout a novel single-shot approach. We show the usefulness and potential applications of the proposed approach. Validation experiments are presented as well.     

三维扫描数字图像重构及显示原理和方法

本文综述扫描显微数字图像三维重构基本原理和方法，从有利于理解荧光物体试样三维结构的角度出发，在比较了一些主要显示方案的基础上，对平行投影法作了若干改进，使其具有良好的再现被阴影所覆盖部分的细节结构的能力，最后给出了该算法所得到了三重构结果。     

Incoherent holographic imaging through thin turbulent media

We introduce and experimentally demonstrate a new method of computing Fresnel holograms of a real-existing, three-dimensional (3-D) scene hidden behind a thin turbulent medium, and illuminated by incoherent white light. From each perspective point of view, we acquire multiple noisy speckled images through the medium vibrated mechanically. These images are fused together to yield a smoothed perspective projection of the hidden 3-D scene. All smoothed projections are processed to yield a Fresnel hologram of the hidden scene. The 3-D image reconstructed from the hologram is further improved by digital blind deconvolution of each of the 3-D image slices with its own estimated impulse response.     

基于立体视觉的空间运动分析

利用摄影测量方法和计算机视觉技术得出了一套完整的、由双目立体序列图像确定场景中目标运动信息的方法与步骤。讨论了双目立体视觉系统的在任检校,相关系数和松弛法相结合基于点特征的物体运动、立体匹配,运动前后三维特征点的对应,以及利用能减少待定变量、降低计算复杂性、提高算法精确性的反对称矩阵分解算法求解运动参数(R和T)等问题。给出了从一组真实图像中获取目标运动参数的计算结果。