三维场景相息图的白光再现研究

讨论了相息图白光再现的可行性,得到采用在相息图和观察者之间加入狭缝的方法可实现相息图的白光再现的结论.提出了一种通过对彩虹全息图进行复数滤波来制作相息图的方法.根据彩虹全息图中物光的频谱宽度设计有限脉冲响应数字滤波器.对该滤波器进行移频,得到与通带位置物光的频谱位置一致的复系数带通滤波器.对全息图进行空域滤波,去除共轭像和零级,求出调制后物光的位相分布,制作场景相息图.实验观察到了经过此方法制作的相息图在白光下的再现像,表明本文的理论分析正确,所提出的方法可行.     

计算机制半周视彩色彩虹全息体视图

全息体视图(HS)是一种可加速计算的全息图，能够实现单色全息三维(3D)显示，将其与彩色彩虹全息相结合并实现允许多人围观的半周视彩色彩虹全息3D显示具有实际应用价值。在HS计算原理的基础上，设计单元全息图侧视角及视场角等参数，通过频域复用获得包含红色、绿色和蓝色信息的单元全息图的频谱，对频谱进行傅里叶逆变换后取实部得到该单元全息图，所有单元全息图的组合形成完整的半周视彩色彩虹HS。通过并行加速计算的方法实现分辨率为200800 pixel×200800 pixel、尺寸为64 mm×64 mm的高分辨率半周视彩色彩虹HS仅需15.15 min。采用反射照明的方式进行光学再现，实现了允许多人同时观看的清晰的彩色全息3D显示，其有望应用于3D军事地图、3D沙盘等领域。     

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.     

计算机制相位彩虹全息近眼显示

基于现有的相位空间光调制器,提出并实现了计算机制相位彩虹全息近眼显示.指出带限条件下物光在全息面上相位分布的计算及高频闪耀光栅纵向色散的控制是实现相位彩虹全息的关键要素.在计算相位彩虹全息图时,首先利用带限条件下的角谱衍射算法获取全息面上物光的复振幅分布,并利用双向误差扩散算法将复振幅分布编码为相位分布.然后,对参考光对应的高频闪耀光栅的相位进行编码,得到计算机制相位彩虹全息图.最后,设计了包含白色点光源、准直透镜、空间光调制器、4f滤波系统及目镜的全息彩色近眼显示系统,并通过光学再现获得了相位彩虹全息近眼显示效果,证明了所提方法的有效性.     

基于基元全息图空间频谱分析的计算全息参考光角度选择方法

提出了一种基于基元全息图频谱分析的计算全息参考光角度选择方法.通过分析基元全息图的空间频谱成分,导出全息图正确再现需要满足的约束条件;求解了基于空间光调制器的计算全息再现系统的参考光角度取值范围;用N-LUT算法计算了成像距离为1 000mm时,一幅22.5mm×26.1mm的二维图像取不同参考光角度时的全息图,并进行了数字再现和光学再现实验.结果表明:参考光角度在0.893 8°到1.398 0°之间选择可以获得质量良好的再现像;参考光角度小于0.893 8°时,再现像与共轭像不能完全分离,参考光角度大于1.398 0°时,全息图频率过高会造成欠采样,导致再现像与下一级共轭像互相交叠.实验现象与理论分析一致,验证了参考光夹角选择方法的正确性.     

LED用于彩色全息图照明的色度研究

基于制作全息灯箱背光源的需要,从色度上分析研究了发光二极管用于彩色全息图照明的可行性,对使用发光二极管和定向照明卤钨灯照明再现的彩色全息图进行了色度测量与评价.实验测量并计算了发光二极管与卤钨灯光谱功率分布RGB成分比,给出了在CIE1976均匀颜色空间中两种光源再现图像与原图像之间的色差.结果表明, 发光二极管用作彩色全息图照明光源是可行的,可以作为全息灯箱背光源.     

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.     

大视角真彩色全息图制作的新方法

为了提高全息图的彩色效果和增加其视角,结合光学全息和计算全息的优点,利用镜像法提出了一种提高全息图彩色效果和增大视角的新方法。制作方法分两步来实现,第一步,镜像迭加的分色计算全息图H1r,H1g,H1b的制作。第二步,利用光学的方法制作彩虹全息图H2。设计光路使再现的光波经平面镜反射,按光的可逆原理展开,形成大视角再现。经理论分析和实验验证,实验获得的全息图可以在大视角(约14°)情况下观察到彩色再现像,彩色效果和立体效果均较为明显。     

从线全息图分析彩虹全息

本文从彩虹全息固有的线全息图出发,不采用传统狭缝像的概念来分析彩虹全息的成像机理.论述了线全息图的宽度与再现像最小分辨距离及体视极限的关系;讨论了几种典型彩虹全息术中线全息图的特征及其对再现象的影响,提出并实现了不通过狭缝实像来观察再现像的新方法.     

相位分布及编码尺度对计算全息再现像的影响

研究了傅里叶变换计算全息编码中相位分布和编码尺度对再现像的影响.基于罗曼Ⅲ型编码原理,用Mat-lab计算得到傅里叶变换计算全息图,通过液晶光阀输出全息图实现再现,研究再现像的特征在物图加随机相位和增大编码尺度前后的变化.结果表明:物图不加随机相位的全息图,其再现像具有高通效果,实现了边缘提取;物图加随机相位,再现相当于低通滤波,再现像被平滑,当物频谱结构丰富时,平滑作用更明显,甚至无法辨识再现像;增大编码单元尺寸,即提高编码精度可使再现像清晰.     

彩色全息图的计算机产生和数字再现

提出了一种基于色彩合成以及菲涅尔衍射原理,用计算机产生全息图并用数字方法再现彩色全息图的方法。该方法的第一步是将物体的彩色RGB图像分离为三基色强度图,再利用博奇编码的方法制成修正离轴参考光分色计算机全息图;第二步是分别对分色全息图在频域进行调制以实现用原参考光真实再现原始物光波。通过滤波消除零级衍射及共轭像的影响,获得了所需要的实像并提高了像质。提供的实验是选用一幅RGB图像作为原始物体,给出了用博奇编码法制成的全息图以及最后经色彩合成获得的再现像。结果表明,该方法能使各分色全息图的再现像准确重合,解决了在色彩合成时容易出现的色串扰问题。     

Computer Generated Rainbow Hologram

The rainbow hologram is very practical to display 3-D images because it can be reconstructed with white light. We propose a simplified model to calculate the computer generated rainbow hologram quickly. In the proposed method, we can simply generate the final hologram from intermediate data, whose total number of samples can be less than one tenth of the final hologram. This intermediate format makes fast computation and effective storage/transmission possible. Only multiple and additional operation need be used to convert the intermediate data to final data. Therefore, it is possible that hardware can be added to an electro-holographic display or printer. In this paper, we discuss both theory of the simplified model and experimental results of white light reconstructed images. Full color holograms are also discussed.     

The formation of large scale reconstructed images through the use of holograms

We propose and demonstrate a method which constructs large size multicolor images using a holographic technique in limited spaces, i.e., tunnels. A traffic sign image of the same size and color as an actual traffic sign board is displayed using many comparative small holograms. Each hologram is composed of a single computer generated hologram (CGH). Though it was necessary to make many CGHs, we have shortened the hologram production time by putting a reconstructed image on long distance, and using many reconstruction sources. Moreover, though cross-talk images are caused in a color reconstruction, by adjusting the optical system it is possible to make sure that drivers see only the appropriate image. Many holograms function as one big hologram, and it has been confirmed that a large reconstructed image can be displayed in a limited space.     

动态数字彩虹全息显示的研究

提出一种动态数字彩虹全息显示术，该技术将计算机制全息术和动态双视彩虹全息合成术相结合，根据彩虹全息的基元全息图为“线全息图”以及双眼立体视觉的特点，计算物点的线全息图上两个片断，使得两个全息图片断分别对应左右眼视图，同时对彩虹全息图的狭缝像进行横向分割，使得不同区域成为物体不同姿态的视窗，从而达到动态显示的效果.给出了数字动态全息的计算方法，并得到了初步的实验结果.     

利用反射全息实现计算全息三维显示

计算全息和光学全息都可应用于三维显示,但各有自己的优势和缺陷.将计算全息和光学反射全息相结合,可以突破光学全息对记录物体的限制,进行虚拟物体或自然场景的全息图的制作,同时可以实现白光再现.本文首先用三维扫描仪获得实际物体的三维数据,用"点云算法"模拟得到其菲涅耳全息图透射率数据,采用计算全息打印机将其输出于全息记录介质,得到可光学再现的菲涅耳计算全息图H1.然后将H1作为光学全息的记录物体进行反射全息记录,将平面全息转化为体全息,实现了计算全息白光再现.     

二步法大景深反射全息图

以开拓反射全息图的景深表达能力为目的,从反射全息图的共轭物像关系出发,利用反射全息图的均匀介质耦合波理论和布拉格条件,对其白光再现像模糊作了具体的分析和讨论,得到色模糊和线模糊的表达式.指出反射全息图上不同各点对任意白光再现像点的色模糊和线迷糊的影响均存在差异,给出反射全息图白光再现像的景深表达式.实验利用二步法制作了一张景深为83 cm的反射全息图,与大景深彩虹全息图再现像相比,其再现像的立体感更加强烈.理论分析和实验结果表明,光源的再现角度和观察距离对反射全息图的再现像景深大小影响显著.在再现光垂直于反射全息图平面照明情况下,反射全息图具有最好的景深表达能力.     

数字全息周期像的产生机理及在抑制零级衍射上的应用

在数字全息成像中, 利用CCD的RGB模式采样全息图时, 全息重构像会出现特定的周期性分布. 本文从理论和实验上详细研究了这种周期像产生的机理、分布特性和应用. 研究结果显示, 由于CCD的光谱滤镜会使全息图的RGB三个单色采样阵列出现部分像素信号的缺失, 因此, 需要通过特定的demosaicing数学算法对缺失的像素信号进行重建以形成完整的单色采样阵列, 这是数字全息再现像周期分布产生的根源. 而基于demosaicing算法的采样阵列重建会在全息图频谱中引入调制函数, 导致物体再现像和零级衍射斑的周期分布差异. 本文揭示了全息图的RGB采样、demosaicing算法与全息重构像周期性之间的内在关联. 最后, 讨论了结合空间移位和图像形态学技术, 利用重构像的周期性抑制零级衍射斑的应用. 所有理论与实验研究结果完全一致. 关键词： 数字全息 图像周期性 零级斑抑制     

复数滤波器在数字全息图处理中的应用

数字全息图在微电路检测、粒度分析、透明场测量等小孔径、小视场对象测量和细胞观测等显微测量方面有着广泛的应用前景。根据离轴数字全息图的频谱特点,提出采用复数滤波器,利用计算机及相关算法对离轴数字全息图进行滤波,消除其零级及共轭像,同时可以得到全息图的相位分布。讨论了复数滤波器的设计方法,给出了实验结果。为数字全息图的压缩、再现和相息图制作提供了方便。     

Full Color Computer-Generated Rainbow Hologram with Enlarged Viewing Angle

The viewing angle of a computer-generated hologram (CGH) can be expanded by lens-less Fourier configuration. However, a laser is required to illuminate the CGH for reconstruction. We proposed earlier making a second hologram for white-light reconstruction; here, we propose a method to calculate CGH for a full-color rainbow hologram with enlarged viewing angle. First, we calculate the master hologram with three virtual slits whose positions correspond to red, green and blue wavelength. The transfer hologram can be made from the master CGH with a single exposure. In the experimental result, we obtain a full-color computer-generated rainbow hologram with 17° of viewing angle and 3.0mm × 2.5 mm image size.