大尺寸物体彩色全息图制作的研究

通过分析两步法制彩色全息图中全息图空间带宽积与物体大小、全息图记录距离的关系,提出了一种拍摄大尺寸物体彩色全息图的方法。经编码,设置参数,在视窗处平面记录下三分色全息图, 以保证用最小的幅面记录下物体的完整信息,并且H1rgb处于同一平面经原参考光的共轭光再现时,他们的再现像能完全重合;将H1rgb再现,获得大视场的物光波信息,三基色物波信息重合后,用光学方法记录大幅面的彩色全息。该方法能提高全息图再现像的视场和解决大尺寸物体的全息图难拍摄问题。 经实验验证,该方法能将全息图再现像的视场提高6倍左右。     

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Matlab的计算全息图的制作与数字再现的研究

 应用Matlab语言,结合博奇型计算全息的编码方法,利用计算机分别绘制了菲涅耳全息图和傅里叶变换全息图,实现了计算全息图的快速制作,讨论了制作计算全息图的原理、方法和步骤。利用CGH技术和数字全息技术所生成的全息图再现出原始图像,完成了全息图的数字重现,实现了整个全息记录和再现过程的计算机模拟。与传统的编程语言和绘图方法相比较,该算法在实现上更加简单和快捷,并且带有一系列提高计算全息图质量的措施,有效地消除了零级像和孪生像的影响,获得了清晰的数字再现图像。     

双束参考光全息图

普通全息图是由物光波和一束参考光波干涉而成的,再现时只能在某一方向上很狭窄的视角范围内才能观察到再现像。为了扩大观察全息图再现像的视场,提出一些新的方法制作全息图,如彩色全息图,合成全息图,及利用全息图的角度灵敏性多次记录的体积全息图等等。这些方法都需要多次曝光,制作工艺要求高,过程复杂。本文提出通过适当设置光路,排除影响衍射效率的部分因素,获得的双束参考光全息图,同样可以扩大再现像的视场,且只需一次曝光,工艺要求低,过程较为简便。     

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。     

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。     

基于空间光调制器的三维相位全息图再现像优化

在现有的二维图像再现效果改善方法的基础上,对三维物体再现像质量提高的方法进行研究。基于衍射理论,分析了具有有限填充因子空间光调制器的栅格结构对重构图像质量的影响。编入双线性相位因子到纯相位全息图,使得有效光偏移中心光轴传播,让图像细节得到完整重构再现。然后迭加双会聚球面波相位因子,使得各再现像面与空间光调制器栅格结构引起的多级衍射光聚焦平面的位置进行分离,利用光阑和空间滤波器共同作用来消除高级衍射光以及零级光对重构图像质量的影响。搭建了基于LC-SLM的相位全息图光电再现系统用于实验验证。实验结果表明三维物体再现像质量得到明显的提高。     

基于双色光照明的单曝光同轴数字全息技术

提出了一种基于双色光照明的单曝光同轴数字全息技术。在红绿蓝三色中,任选两种波长的光来照射物体,采用彩色CCD记录双色同轴全息图,然后经过三基色分离数字处理,可得到两幅不同波长的同轴全息图。用角谱衍射理论对该技术进行了分析,表明在降低物参光振幅比的条件下,通过对同轴数字全息图求自然对数,可近似得到衍射物光及其共轭之和,其误差与物参光振幅比有关。取两幅不同波长的同轴数字全息图,经自然对数处理后,用传递函数可以很好地重构出物体图像,给出了具体的数字处理算法。用仿真实验,模拟了该技术的全息记录和处理过程,得到重构图像的峰值信噪比(PSNR)为14.2 dB。结果表明该方法可以去除孪生衍射像干扰,可以实现清晰的单曝光同轴全息成像。最后,分析了再现像中噪声产生的原因。该技术可用于基于同轴全息的实时成像与动态测量。     

菲涅耳数字全息图的Gabor小波变换再现法

提出了一种基于Gabor小波变换的菲涅耳全息图的数值再现方法,实现无需空间滤波处理,即可对物光波进行数值再现.给出Gabor小波变换以及小波变换脊的定义,并从理论上证明通过对全息图进行Gabor小波变换,提取小波变换脊对应的小波变换系数,包括幅值与相位信息,即可直接获得与+1级频谱相对应的被测物光在全息面上的强度与相位分布,并同时直接消除零级衍射像以及孪生像的影响.通过计算机模拟再现光波经全息图衍射后的传播规律实现数值再现,得到清晰的再现像.通过计算机模拟一相位型物体以及实验证明该方法的有效性.     

利用相位模板实现数字全息超分辨成像

为了简化数字全息超分辨记录系统,分别在其物光和参考光部分引入一块相位模板,以获得垂直和倾斜方向照明物体的光束和具有不同载波频率的参考光束.当这些具有不同照射方向的光透过物体后,可以使CCD在位置固定的情况下记录到携带低频和高频信息的物体衍射场,不同载波频率的参考光则保证了高频和低频信息在复合全息图的频谱面上能够相互分离.实验结果证明,通过将记录到的物体高频和低频信息合成,可以获得超出系统衍射极限分辨率的再现像.     

Color digital holography using a single monochromatic imaging sensor

Color digital holography utilizing the Doppler effect is proposed. The time variation of holograms produced by superposing images at three wavelengths is recorded using a high-speed monochromatic imaging sensor. The complex amplitude at each wavelength can be extracted from frequency information contained in the Fourier transforms of the recorded holograms. An image of the object is reconstructed by the angular spectrum method. Reconstructed monochromatic images at the three wavelengths are combined to produce a color image for display.     

Optical-path-length-shifting color digital holography

We propose an in-line color digital holography that can suppress a 0th-order diffraction image and a conjugate image. This technique reconstructs the image of an object from two holograms that are formed at two different distances from the object for each primary color. We numerically simulated the proposed technique and confirmed that it enabled the reconstruction of higher-quality images of an object than the Fresnel transform alone, which is the simplest reconstruction algorithm in digital holography. The effectiveness of the proposed technique was also quantitatively shown by evaluating the reconstructed images using root-mean-square errors. Thus, it was confirmed that the proposed technique was capable of recording and reconstructing both three-dimensional information and color information of an object.     

Transformation properties of dynamic χ<Superscript>(2)</Superscript> holograms generating at the difference frequency

The transformation properties of dynamic χ⁽²⁾ holograms generating at the difference frequency are analyzed as applied to the position and scales of reconstructed images. Some regularities are established for the spatial localization and scales of images for different combinations of frequencies and positions of the reference and object point sources, involved in the formation of a holographic image. The formation of amplitude transparency images, reconstructed by dynamic χ⁽²⁾ holograms with a decrease or conservation of the object beam frequency, and their transformations are experimentally demonstrated.     

大尺寸物光波面彩色数字全息高质量重建研究

为解决检测面尺寸较大时CCD难以得到高质量数字全息图的问题,本文利用负透镜设计光学系统让CCD接收来自物体的缩小虚像,以球面波为参考波,使用单色CCD近距离得到三种色光照射下的大尺寸彩色物体的数字全息图,然后采用可控放大率波面重建算法得到同一尺寸的数字全息重建像,合成彩色数字全息重建像.同时,使用两种消零级方法去除零级干扰,提高重建像质量,一种方法利用空间光调制器相移技术在参考光中加入一次任意相移,记录两幅数字全息图,消除重建零级像|另一种方法使用“无干扰全息图”消除重建零级像及共轭像.本文讨论结果可为大物体彩色数字全息及多波长数字全息检测应用提供有益的参考.     

Controlling image size as a function of distance and wavelength in Fresnel-transform reconstruction of digital holograms

A method for controlling the size of amplitude and phase images reconstructed from digital holograms by the Fresnel-transform method is proposed and demonstrated. The method can provide a constant reconstruction pixel width in the reconstructed image plane, independent of the recording and reconstruction distance. The proposed method makes it possible to maintain the size of an object for a sequence of digital holograms recorded at different distances and, therefore, to subtract phase maps for an object recorded at different distances. Furthermore, the method solves the problem of superimposition in multiwavelength digital holography for color display and holographic interferometry applications.     

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.     

利用傅里叶变换全息图实现彩色胶片存储

本文提出一种利用傅里叶变换全息图存储彩色胶片的方法.在参考光路和透明片后置入采栅,以红、绿、蓝三种波长记录+1级谱的点全息图.当三色光分别照明各自的全息图时,可再现两个真彩色图像.     

Simple computer-generated holograms displayed by an x-y plotter

New simple computer-generated holograms displayed by an x-y plotter are proposed and investigated. In the construction of holograms by computer, phase coding methods are used in order to distribute the Fourier-transform values of an original object over the whole of the receiving plane where the hologram is to be constructed. It is found that relatively good images are reconstructed from the computer-generated holograms proposed here.     

长工作距离显微成像数字全息合成孔径方法(英文)

提出了一种用于长工作距离下显微成像的数字全息合成孔径方法。首先,在不同斜入射照明条件下记录多幅包含不同物光频谱范围的数字全息图。然后,利用每一幅全息图通过数字方法重构并放大物体强度像。最后,通过非相干叠加这些强度像得到分辨力提高且散斑噪声减小的合成物体强度像。理论分析和实验结果表明,此方法可应用于长工作距离下的原位显微观测。     

Off-axis phase-only holograms of 3D objects using accelerated point-based Fresnel diffraction algorithm

A method for calculating off-axis phase-only holograms of three-dimensional (3D) object using accelerated point-based Fresnel diffraction algorithm (PB-FDA) is proposed. The complex amplitude of the object points on the z-axis in hologram plane is calculated using Fresnel diffraction formula, called principal complex amplitudes (PCAs). The complex amplitudes of those off-axis object points of the same depth can be obtained by 2D shifting of PCAs. In order to improve the calculating speed of the PB-FDA, the convolution operation based on fast Fourier transform (FFT) is used to calculate the holograms rather than using the point-by-point spatial 2D shifting of the PCAs. The shortest recording distance of the PB-FDA is analyzed in order to remove the influence of multiple-order images in reconstructed images. The optimal recording distance of the PB-FDA is also analyzed to improve the quality of reconstructed images. Numerical reconstructions and optical reconstructions with a phase-only spatial light modulator (SLM) show that holographic 3D display is feasible with the proposed algorithm. The proposed PB-FDA can also avoid the influence of the zero-order image introduced by SLM in optical reconstructed images.