使用计算全息进行三维信息加密的方法研究

全息加密技术作为一种特殊的加密方法被广泛应用于信息加密和防伪等领域。在全息加密过程中,光波的波长、记录距离和入射角度等参数用做加密密钥和解密密钥被人们深入研究,但所加密的信息几乎都是二维信息。利用一种基于虚拟光学的对三维信息进行加密的方法,将三维物体的大小作为一个新的密钥被引入安全全息加密算法,其安全性能得到了极大提高;在此基础上提出了对再现三维图像进行客观评价的方法,即修正峰值信噪比法(PSNR,PeakSignal-to-Noise Ratio)。模拟实验证明,计算全息方法(CGH,Computer-Generated Hologram)作为一种对三维信息进行加密的方法是可行的,修正PSNR法对再现三维图像的质量进行定量分析是有效的。     

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。     

相移数字全息子图拼接研究

 将全息图拼接技术应用到相移数字全息术中,改善再现像的质量。用全息图强度相关原理进行全息图拼接,再通过标准四步算法对拼接后的全息图进行运算,恢复原始物光。作为对比,对没有拼接的全息图进行了同样的操作。计算机模拟实验证明该全息图拼接技术可明显提高再现像的质量。同时,通过对光学实验获得的全息图进行零填充和拼接对比研究证明,前者只能提高系统成像的细节显示能力,后者能够提高再现像的分辨率和视场大小。     

基于数字微镜器件改进的罗曼编码

全息光刻可通过空间光调制器数字微镜器件（DMD）加载计算全息图构建数字掩膜来实现,罗曼编码是常用的编制计算全息图的方法,它采用透明矩形孔的高度和位置分别编码全息图抽样单元的幅值和相位。通常,DMD再现此类二元全息图需合并多个微镜来表示单个矩形孔,这会大大降低其像素利用率和分辨率。针对这个问题,提出一种改进的罗曼编码,该编码充分利用DMD的二进制脉宽调制特性,采用灰度值编码全息图抽样单元的幅值,将全息图的透过率由二元型转换成灰阶型,从而有效减少单个抽样单元所占用的微镜数。采用MATLAB编程对改进的罗曼编码和博奇编码计算全息图进行模拟再现分析,得到改进的罗曼编码衍射效率约是博奇编码的3倍。以DMD为核心搭建了全息再现实验,得到改进的罗曼编码衍射效率约是博奇编码的2倍。可得出采用改进的罗曼编码可以显著提高衍射效率。     

二维彩虹全息图母版的非相干光拷贝技术

描述一种用非干光制作二维彩虹模压全息图母版的新技术。该技术用紫外灯作为记录光不原,记录系统中不用任何光学元件。记录过程不需防振条件,色彩编码 狭缝像的“彩虹版”上进行条纹复制而获得。彩虹版可以无数次重复使用,所以全息图母版的记录十分简单。该技术投资少、效率高,制出的全息图质量好,对大批量模压全息图制造有很高的实用价值。     

旋转光楔多重全息术

本文提出一种新颖的多重全息术,它是利用旋转光楔调制平面参考波的传播方向,实现编码参考光记录获得多重全息图.该全息图经球面波再现,获得位于同一平面内的再现多重象.文中给出了这种方法的理论分析和实验结果,两者是吻合的.     

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.     

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.     

基于压缩感知的光学图像加密技术研究

提出了一种基于压缩感知的光学数字图像加密方案,利用压缩感知理论及特点,借助双随机相位编码技术,实现了对数字图像的多重加密。通过压缩感知使用随机测量矩阵作为密钥对原始图像加密,然后对加密图像利用Arnold变换置乱二次加密,并通过4f光学系统进行双随机相位编码再次对图像加密,从而实现了对图像的多次加密。考虑实际应用中传输过程的安全性,将加密图像融合于载体图像。在接收端,对加密图像进行解密重构。实验结果表明,该加密方案能够有效降低采样数据量,具有高稳健性,对密钥响应敏感并可以抵御较强的攻击。     

基于光学扫描全息密码术的多图像并行加密

对光学扫描全息术中的双光瞳做出改进,提出对多图像并行加密和任意层图像再现的新方法.将其中一个光瞳设置成环形光瞳,另一个光瞳处插入随机相位板,干涉形成环形随机相位板,实现对多层图像的快速扫描和并行加密,扫描信号通过计算机合成为加密全息图,在数字全息再现的过程中进行解密,实现对任意层图像的精准重建.该方法快捷高效、安全可靠,抗噪声能力强.利用相关系数评估了该方法的加密效果,并通过仿真实验验证了该方法的有效性和安全性.     

基于数字全息及离散余弦变换的图像数字水印技术

提出了一种以数字全息和离散余弦变换为基础的数字水印技术,实现了在原始图像中嵌入数字全息水印。考虑到数字全息图的不可撕毁性,使得数字全息水印本身就具有良好的抗剪切能力,并且与传统的二维灰度水印相比嵌入的信息更多。数字全息图通过傅里叶变换全息的方法获得,为了提高抗有损压缩能力,在数字全息水印嵌入过程中采用了基于(JPEG模型和分解离散余弦变换(DCT)系数的方法。实验表明,通过该算法获得的数字全息水印对JPEG有损压缩和剪切等图像处理操作均有很好的稳健性,并且采用密钥加强了水印的安全性。因此该算法能成为数字多媒体产品版权保护的有效方案。     

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.     

分数傅里叶变换计算全息

在计算全息和分数傅里叶变换的基础上提出了不对称分数傅里叶变换计算全息和双随机相位不对称分数傅里叶变换计算全息。在这种方法中,首先用一随机相位函数乘以输入图像信息,然后沿x方向实施α级次的一维分数傅里叶变换,再乘以第二个随机相位函数,最后,沿y方向实施β级次的一维分数傅里叶变换。采用迂回位相编码法对变换后的结果编码,绘出计算全息图。为了恢复原始图像,需要知道变换级次和随机相位函数。利用这种方法进行图像加密,使加密图像的密钥由原来两重增加到四重,从而提高了系统的保密性能。     

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.     

单波长记录二维真彩色全息图的一种新方法

提出一种方法，用新型的光学元件－三通道光纤面板作为分色与合成元件，使得单波长真彩色全息图的制作大为简化，而且能够提高全息图再现像的亮度和色饱和度。     

Binary computer-generated holograms for security applications from a synthetic double-exposure method by electron-beam lithography

We have developed a new multiplexing method for producing binary computer-generated holograms (CGH's) for security applications. This method is based on double recording of two types of coding method upon binary CGH's. The CGH synthesized by the proposed method can have multiple image planes from the region close to the hologram (image region) to infinity (Fraunhofer region) without severe degradation of reconstructed images in the image region. A CGH containing simultaneous image- and Fourier-type holograms is fabricated by electron-beam lithography. Some experimental results are presented.     

一种三维全息图的数字化实现方法

提出一种实现三维显示的新方法,从两步法彩虹全息基本原理出发,通过分区域分幅的方式对多视角图形的波前进行数字化编码,获得夫琅和费光场分布,在位相型硅基液晶空间光调制器上按视角顺序输入该信息,利用透镜的傅里叶变换特性再现多视角子图像,干涉法逐区域拼接获得完整三维图像.最后通过实验获得了三维图像样品,验证了该方法.本方法可成为三维显示的重要技术手段.     

基于螺旋相位调制的非相干全息点扩散函数研究

分析了菲涅耳非相干相关全息(Fresnel incoherent correlation holography,FINCH)系统中纯相位空间光调制器(spatial light modulator,SLM)加载螺旋相位掩模时的点扩散函数.以氙灯为照明光源搭建了FINCH系统,电荷耦合器记录的点源全息图与点扩散函数模拟结果一致.采用该系统分别在SLM上加载双透镜掩模和螺旋相位调制双透镜掩模两种情况下对分辨率板和非染色洋葱细胞成像,给出了成像对比结果.结果表明:采用螺旋相位调制的FINCH系统可以在几乎不牺牲分辨率的情况下提高图像的边缘对比度;同样,对相位物体也可以实现图像的边缘提取和识别.该方法在实时监测活细胞的分裂、形变等方面具有重要应用前景.     

全息模拟再现像的三维重构

提出一种全息模拟再现像的三维重构方法，可以模拟再现得到三维再现像.计算机模拟再现许多幅在不同深度位置的二维光强分布；利用灰度级变化的聚焦度评价方法，通过寻找最大聚焦度值，确定再现三维像各像点的深度信息.实验证明,该方法能实现模拟再现像的三维重构，使数字全息术有希望成为一种全新的三维面形检测技术.再现像三维重构的实现可以更客观地对全息图进行像质评价，并验证计算机制全息术算法的正确性.