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.     

雾化场光学全息与数字全息联合测量

针对雾化场光学全息测量存在干板湿化学处理繁琐、再现像采集耗时的问题,提出光学全息与数字全息联合测量的方法,建立由同轴光学全息、同轴数字全息以及数字延迟信号发生器组成的测量系统,并以双孔直射式喷嘴产生的雾化场为测量对象,利用该测量系统在一次测量中同时获得雾化场的光学全息和数字全息的再现图像,两者具有很好的一致性。光学和数字再现图像相对应的视场范围分别为27.87 mm4.77 mm和27.59 mm6.67 mm,数字方式获得视场范围内单一层面再现像的时间仅为8 s,而光学方式将近1 h。结果表明,光学全息与数字全息联合测量时,通过数字全息的雾化再现图像能够对实验总体效果进行实时评估,提高了雾化场全息测量的实验效率。     

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.     

数字全息图再现像的像质改善

基于数字图像处理技术,提出了一套对数字全息图及其再现像进行处理的方法,改善了数字全息图再现像的像质.利用频谱匹配滤波的方法可以有效地滤除零级及孪生像干扰.同时,提出了通过均值滤波、中值滤波等方法降低激光散斑噪音的技术.理论和实验证明,综合而又合理地利用数字图像处理技术可以很大程度地改善数字全息图再现像的像质.     

基于有限脉冲响应滤波器的数字全息零级像消除

针对数字全息中零级像的存在影响数字再现像的质量,分析数字全息图的记录、再现原理及频谱特性,提出了一种利用有限脉冲响应滤波器消除全息图数字再现中零级像的方法.该方法只需记录一幅数字全息图,不需要相移器材或其他辅助设备,直接利用数字图像处理对数字全息图在空域进行预处理,消除全息再现时的零级像干扰.对比了数字模拟和实验拍摄到的全息图在应用有限脉冲响应滤波器消除零级像前后的再现结果,表明该方法可消除零级衍射像,改善重建像质量,并且算法简单.     

数字全息中再现像分离问题的研究

详细分析了数字全息的再现像分离条件,指出数字全息和普通全息的再现像分离条件之间的区别,同时也讨论了再现条件对数字全息记录光路的要求,同时给出一种能部分避免再现像重叠的处理方法,并做出相应的实验验证.     

单色CCD记录多波长数字全息图及再现像彩色显示

对多波长数字全息图的记录和再现像的彩色显示问题进行了研究.从菲涅耳近似算法出发,对在记录距离一定情况下,不同波长全息图数字再现像的像元所表示的几何尺寸会因波长不同而不同,从而导致各波长再现像无法重合的情况进行了讨论.通过理论分析,讨论了不同波长全息图像素数与再现像像元之间的关系、不同波长全息图记录距离与再现像像元之间的关系,据此得出的解决不同波长再现像重合问题的方法及其对再现像的影响和适用范围等问题；并对合成再现像中原始色彩信息改变及其解决办法进行了分析.通过无透镜傅里叶变换数字全息方法,以632.8 nm和532.0 nm两种波长的激光为光源,用单色CCD进行记录,验证了方法的可行性.     

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。     

预成像数字全息测量大物体三维形貌

为了扩大数字全息三维形貌测量的视场,提出了一种预成像的方法.物体先被成像镜头成一缩小的实像,再使用离轴菲涅耳数字全息对此实像进行全息记录.采用倾斜照明光的方法使两次数字全息的再现像之间产生相位差,通过相位去噪和去包裹处理从相位差中提取物体的三维形貌数据.实验证明,预成像方法使测量视场的大小得到了至少一个数量级的提高,采用离轴菲涅耳数字全息降低了测量系统对环境稳定性的要求.     

二次再现全息图

目前 ,光学防伪技术已广泛应用于钞票、信用卡、各种证件和高档商品上。全息术是一种被广泛认知的光学防伪技术 ,编码加密技术是提高它防伪功能的重要手段。二次再现全息图是根据全息图能够进行多次记录和多次再现的特点提出的一种加密全息图。在一定的照明条件下 ,它的再现光经过一个平面反射镜的反射返回到全息图 ,作为它的第二束照明光 ,这时能够再现出被加密的图像。它是由一个像全息图和一个参考光编码全息图组合而成的。一般情况下 ,二次再现全息图存在再现光路恢复困难的问题。利用低频光栅能够较好地解决这一问题 ,使二次再现全息图达到实用性的要求。该技术用于防伪产品可提高它的防伪力度。给出了详细的理论分析、制作方法和实验结果     

灰度调整与数字全息图像质的关系

如何在有限的灰度级别下输出高质量全息图是人们关注的问题之一.文章从数字全息图 （计算机制全息图）的灰度直方图出发,研究灰度调整对全息图再现像质的影响.首先通过理论推导研究了压缩计算机制全息图中占比例少的灰度,展宽占比例多的灰度后全息图衍射效率的变化,发现处理后的计算机制全息图经灰度压缩的阈值越大,衍射效率越高.然后研究了灰度压缩的阈值对计算机制全息图再现像噪音的影响,发现全息图再现像的噪音随着阈值的增大,先减少再增大.实验表明,通过取合适的阈值对全息图进行灰度调整,可以在保证全息图再现像的信噪比的同时,提高全息图的衍射效率.计算机仿真和全息图光学再现实验证明了理论分析是正确的,为制作高质量的计算机制全息图提供了参考依据.     

Interferometry for measuring large aspherical surfaces with holographic optical elements

Interferometry for measuring the shape of large aspherical surfaces is reported. The interference fringe pattern between the parallel reference beam and the reconstructed wavefront from the master zone plate which is drawn by an electron-beam drawing machine is recorded on a hologram plate with off-axis optical arrangement. The hologram plate used as the standard element is reconstructed by the conjugate beam in a modified Twyman-Green interferometer. Insufficient parallelism of commercial hologram plates can be compensated by this method. It is also easy to make replicas. Some experimental results are also presented.     

数字滤波法再现电子全息图

在分析电子全息图特性的基础上，提出频谱滤波法对电子全息图进行数字再现，以解决其再像之间相互重叠的问题，此方法首先将数字化的电子全息图进行傅里叶变换得到全息图的空间频谱，然后对此频谱进行滤波处理并作反傅里叶变换得到一幅新的全息图，最后再用一般的数字再现法对此新的全息图进行再现，用这种方法，可以很方便地得到不受干扰的再现实像。     

Computer-generated line holograms using an xy plotter

A new method is presented for constructing a computer-generated Fourier-transformed line hologram using an xy plotter. Phase and amplitude of the complex amplitude in the hologram plane are represented by varying, respectively, the position and height of triangles formed in the cells composing the hologram. An image reconstructed optically from the hologram can be moved arbitrarily from the optical axis since the hologram contains information about the phase and amplitude of the complex amplitude in the hologram plane. A three-dimensional hologram from which an image was successfully reconstructed is also presented.     

可见光再现X射线无透镜傅里叶变换全息图的可行性研究

本文探讨了可见光再现Ｘ射线无透镜傅里叶变换全息图的可行性问题，结论是，可见光再现Ｘ射线无透镜傅里叶变换全息图，可以做到不但没有球差，而且在一定条件下慧差也可完全消除，其余像差也可校正最小，以臻忽略不计。     

Study on the reduction of speckle noise in the reconstructed image of digital hologram

As one of the most important 3-D display technique, reduction of speckle noise in the reconstructed image of digital holography should be grounded on the digital hologram itself. Based on the whole process of the recording and reconstruction of digital holography, the optical distributions of recorded object and reconstructed image of digital holography have been studied. It has been proposed that the root formation cause of speckle noise in its reconstructed image is the speckle noise formed on the recorded object surface when illuminated by coherent light because of its optical roughness. A novel approach has been presented to reduce speckle noise in digital holography by changing the interference structure of hologram itself. First, by reducing the speckle noise in the reconstructed image, the distribution of ideal reconstruction light with reduced speckle noise is acquired. Then in turn, taking the ideal reconstruction light with reduced speckle noise as ideal object light, a new hologram can be rebuilt, which can reconstruct the ideal object light. The experimental results are given to confirm the proposed method. Therefore, it offers a brand-new thought and practical way to reduce the speckle noise in the reconstructed image of digital holography.     

Real-time optical reconstruction of the diffused 3D object using phase information calculated by Continuous Wavelet Transform

We propose the real time optical reconstruction of a three-dimensional (3D) object from a digitally recorded hologram. Phase distribution of the recorded hologram is numerically calculated by 1-dimensional Continuous Wavelet Transform (1D-CWT) for digital reconstruction with phase only information. Also, the phase distribution of 1D-CWT transferred to the spatial light modulator (SLM) is used to obtain optically reconstructed image. It is observed that an efficient real-time analysis can be achieved, if phase of 1D-CWT is used. In the same time, optically reconstructed 3D objects obtained by only phase information are about three times brighter than bleached hologram intensity's. So the minimum power loss can be obtained. Numerical and experimental results are presented.     

Speckle noise reduction by the composition of diffused Fraunhofer holograms

The image reconstructed from a composite hologram is compared with that obtained by multiple-exposure of images independently reconstructed from a single element and also with that from a synthetic-aperture hologram. The experimental results show the difference in the principle of speckle noise reduction with these three methods and prove that the composite hologram arranged only in a row is sufficient for reducing the speckle noise.     

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.