全息显示技术讲座 第四讲 彩虹全息

<正> 彩虹全息是用激光记录,白光照明再现单色象的一种新的全息技术。它的特点是在记录光路中适当的位置加入一个狭缝限制再现象光波,以降低象的色模糊,因而能用白光再现。1969年本顿(Benton)首先提出了二步彩虹全息,到1977年底美籍华人陈选和杨振寰利用象全息提出一步彩虹全息。近几年来这方面的工作有很大的进展,它的应用也很广泛。一、二步彩虹全息本顿提出二步彩虹全息是由于他受到全息图的碎片能再现物体完整象的启示而发现的。     

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.     

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.     

垂直分割视场制作合成动态全息图

从理论上及实验上分析了利用垂直视场分割法制作合成动态全息图的方法。将二步彩虹全息术中的主全息图Ｈ１分成若干全息单元,在各单元中分别记录了物体一系列连续变化状态的二维图像,利用该主全息图制作像面全息图Ｈ２,从而获得合成动态全息图。该方法用银盐干版记录主全息图Ｈ１,节省了大量的曝光时间。     

对用空间扩展宽谱光源再现的彩虹全息像的分析

用空间扩展宽谱光源再现的彩虹全息像时,整个光源只在一定的光谱的和空间的“有效宽度”内起作用,本文在此概念的基础上,研究了光源的光谱扩展和空间扩展在其单独作用和联合作用时对全息像的影响。发现当两者联合作用时,对像质的总影响几乎与它们单独作用时一样。给出了用宽谱空间扩展光源所再现的彩虹全息像的分辨率,从而提出了一个实用的狭缝宽度。     

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.     

彩虹全息术的综合分析

本文从物理光学的角度出发,系统地讨论了彩虹全息的像质。对有狭缝和无狭缝彩虹全息术作了分析比较,解释了无狭缝彩虹全息术中合成狭缝的机制,得到清晰的物理图象,最后指出较有应用前景的记录系统。     

一种获得大视角彩虹全息图的新方法：全息共轭法

提出一种利用全息相位共轭法获得大视角彩虹全息图的新方法,和全息聚光屏的概念.与一般彩虹全息法相比,全息相位共轭法所得彩虹全息图的视场不受透镜孔径的限制.简述了全息共轭法的基本原理,从理论上和实验上证明了该方法的可行性.     

二维真彩色全息图的研究

章提出了一种新的利用光信息处理系统和彩虹全息技术相结合的二维真彩色全息实现方法。     

彩虹全息的反射显示

本文讨论了彩虹全息的反射显示方法。在全息片后置一高反镜,可获得高衍射效率的反射重现像。正确选取全息片的偏置透射率,可使反射显示的衍射效率接近或略高于透射显示的衍射效率。为获得优质的重现像,须适当选取全息片与高反镜的间隔。文中同时给出了理论分析及实验结果。     

Study on the simplified phase-shifting digital holographic microscopy

In this paper, a new simplified technique for effectively eliminating the zero order and the conjugate virtual image in digital holographic microcopy, which makes use of two-step phase-shifting method of just recording two holograms and an intensity image of object wave, is proposed. Meanwhile, combined with the principle of making full use of spatial bandwidth of the CCD sensor by in-line lens-less Fourier holographic recording geometry, the theory and experimental methods to increase the resolution of the reconstructed image in digital holography by using phase-shifting technique are detailedly analyzed. At end, the validity and availability of this technique has been demonstrated through the off-axis and in-line Fourier transform recording geometry. The study provides some theoretical and experimental guidance for the design and operation of a digital holographic microscopy system.     

二步合成平板周视彩虹全息术

提出一种将物光波前先分解记录，再合成的二步平板周视彩虹全息术。波前的分解记录与合成彩虹全息图是分别通过转动物体和干板来实现的。记录这种周视全息图，不需要大孔径和其它特殊光学元件，即可获得周视半径大的无象差立体再现象。该方法可直接用于模压全息图母板的制作。     

Multidot recording of rainbow and multicolor holographic stereograms

A new method for rainbow and multicolor holographic stereograms is described using the technique of multidot recording, which was originally developed for the syntheses of full-parallax holographic stereograms. Instead of recording vertical parallax, an image of horizontal slit is synthesized for rainbow holography. It becomes possible to obtain large images by a compact optical system, since the hologram is composed of many small elementary holograms. Multicolor image is also produced by the same system introducing a simple image processing. Experimental results of three-dimensional and color imagery are demonstrated.     

闪耀型彩虹全息术

彩虹全息术中的长狭缝演化为一个点，可极大提高再现像的亮度，文中阐述了这种闪耀型彩虹全息图制版光路，论证了在明视距离处形成出射瞳孔实像的条件，指出了这种多色显示的全息图有高信噪比。     

基于DMD的数字全息显示及其再现像质增强

采用DMD作为空间光调制器构建了一套数字全息显示系统.分析了数字全息图光学再现中影响再现图像质量的因素,提出了一种采用频域滤波重建高条纹对比度滤波全息图来改善其光学再现图像质量的新方法.采用信噪比及图像亮度作为评价参量,对原始全息图和滤波全息图的数值再现像进行定量分析表明,滤波后全息图的再现像质量明显优于原始全息图的再现像.基于DMD数字全息显示系统的光学再现实验也验证了理论分析结果.     

Digital particle holographic system for measurements of spray field characteristics

A digital particle holographic system for measurements of spray fields is presented. A double exposure hologram recording system with a synchronization system for time control is established, resulting in digital holograms that can be quickly recorded. To process recorded holograms, the correlation coefficient method is used for focal plane determination of particles. To remove noise and improve the quality of holograms and reconstructed images, a Wiener filter is adopted. The two-threshold and image segmentation methods are used for binary image transformation. For particle pairing, the match probability method is adopted. The proposed system is applied to a spray field, and three-dimensional velocities and sizes of spray droplets are measured. Measurement results from the digital holographic system are compared to those made by laser instruments, which prove the feasibility of the proposed in-line digital particle holographic system as a good measurement tool for spray droplets.     

数字全息显微术中重建物场波前的相位校正

数字全息显微术克服了传统光学显微术无法直接提取样品相位信息的缺点,可以对活体细胞组织等相位型生物样品进行定量测量和有效观察。但在数字全息显微成像过程中,像场弯曲会对再现像相位分布的测量和观察产生影响。提出一种采用相位相减来校正数字全息再现像像场弯曲的方法。通过在样品加入前后两次拍摄全息图,并对数值重建像分别进行去包裹运算再令其相减,即可实现对像场弯曲的有效校正,对蝉翼和大蒜表皮细胞等相位型物体进行测量,并采用数值校正和相位相减两种方法对像场弯曲进行校正。与现有的数值校正方法相比,利用相位相减获得样品三维相位信息的方法更为简单、可靠,是校正像数字全息再现场弯曲的有效方法。     

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.