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.     

三维面形测量数据的计算全息可视化

提出利用计算机制全息进行三维面形测量数据立体重现的技术。首先利用三维面形测量技术同时获取三维物体的强度和距离像；然后根据三维面形测量数据，设计和制作菲涅耳计算全息图；最后将计算全息和光学全息相结合，以菲涅耳计算全息图的光学再现像为对象，记录光学像全息。这样既解决了计算机制全息术中真实三维物体立体信息数据捕捉的问题，又为三维面形检测提供了一个行之有效的立体重构技术。给出了这种方法的原理、计算全息的设计、制作方案和实验验证结果。     

采用层析法对实际三维数据深度图的全息计算

提出利用层析法计算实际三维数据的强度图和深度图生成全息图的方法。根据层析法的原理,把复杂三维数据按照深度图的灰度值分成多层物面信息,并根据深度图把每层物面的深度转换成菲涅尔衍射距离。采用角谱算法分别对每层物面进行菲涅尔衍射计算,得到三维物体的全息图。研究结果显示该方法可以快速、准确地对实际复杂的三维物体进行全息图的记录和再现。     

多光束数字全息的研究

提出了一种多光束数字全息技术来解决当利用菲涅耳数字全息对全息图进行再现时,物体的多个表面无法同时再现得明亮、清晰.该方法是记录时采用多光束照明同一物体的多个表面,增强CCD上接收到的物体侧表面散射光的强度.实验成功地同时再现了物体的多个表面.同时,为了减弱再现像的散斑噪声,采用双线性插值和中值滤波处理图像,获得了质量高的三维物体的再现图像.     

用极值频率法分析数字全息的记录条件

根据全息理论,通过分析全息图光栅结构的极值频率,利用抽样定理以及频谱分离条件,分析了离轴菲涅耳全息的记录条件,得到了不同于以往文献的最小记录距离及参考光源设置表达式,并做了计算机模拟验证.结果表明：用该方法推得的离轴菲涅耳全息最小记录距离和参考光设置表达式是正确的.只有同时满足抽样条件和频谱分离条件,才能得到高质量的再现像.     

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.     

全息显示技术讲座 第六讲 其他全息显示方法

<正> 全息显示是全息术发明以来所取得的最卓有成效和最重要的应用之一.前五讲,我们介绍了适合于显示用的各种全息图:透射和反射菲涅耳型全息图、象全息图、傅里叶变换全息图和彩虹全息图,并概述了全息显示的重要成果——合成全息和全息电影.这一讲介绍其它全息显示方法,从中可进一步看到全息显示的广阔前景。一、深度多路合成全息第五讲中,介绍了角度多路合成全息,即从一系列不同角度拍摄的物体二维照片综合成一张全息图,可以再现原来的三维物体。这里,我们介绍另一种合成全息——深度多路合成全息。它是从一系列不同深度拍摄的二维照     

显微数字全息中物光波前重建方法研究和比较

根据全息理论和线性系统理论,采用离轴无透镜傅里叶变换全息记录光路,对利用菲涅耳近似法、基于瑞利—索末菲衍射积分的卷积法以及角谱理论方法数值重建全息图进行了比较研究,并做了计算机模拟验证.结果表明：菲涅耳近似法和角谱方法重建像质比较好,且菲涅耳方法重建速度快；在记录距离极小的情况下,尽管记录距离不满足通常的菲涅耳近似条件,菲涅耳近似公式仍然成立；自由空间脉冲响应的快速傅里叶变换的性质与距离有关,由卷积方法得到的再现像只在某一特定距离下比较理想；对于极小物场、大孔径显微数字全息来说,菲涅耳近似重建方法是较为有效的方法.     

可编程菲涅耳相位透镜应用于多平面全息投影

研究了基于菲涅耳相位透镜实现多平面全息投影的方法,采用硅基液晶相位调制器建立了多平面全息投影系统.首先,利用可编程菲涅耳相位透镜代替傅里叶透镜,将计算机生成的相位全息图与菲涅耳透镜的相位结合;其次,基于时分复用和空分复用原理提出了加载菲涅耳相位透镜与相位全息图到相位空间光调制器上的两种方法;最后,讨论了在多平面全息投影中每个单一平面实现旋转物体动态360°视角显示的方法.实验结果表明:在距离硅基液晶分别为500、800、1 100和1 400mm处的四个重构平面可以获得全息投影图像;通过动态地改变菲涅耳相位透镜的焦距,可以实现多平面全息投影.     

全息显示技术讲座 第二讲——透射全息

<正> 1.菲涅耳型透射全息的一般问题透射全息在记录时,物光和参考光来自记录介质的一侧投射在记录介质上。拍照菲涅耳型全息图时,记录介质位在物光波的菲涅耳衍射区。参考光可以用平面光波、发散或会聚的球面光波。为讨论问题简单,用点物作代表推导全息图的空间频率、物象关系、放大率等。我们将点物的全息图称为基元全息图。图2.1是记录光路。物光和参考光的位相函数为     

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。     

基于菲涅耳波带板扫描全息术的光学层析成像

基于光学扫描全息术原理和编码孔径层析成像技术,提出了一种三维物体层析成像技术——菲涅耳波带板扫描全息术。该技术通过将物体的光强分布函数与菲涅耳波带板的光强分布函数进行卷积运算来得到物体的扫描全息图,通过相关解卷积的方法来进行扫描全息图的数字重建。依据该技术原理设计了实验系统,系统结构简单紧凑,具有三维物体层析成像功能。提出用数字高通滤波器来减少重建图像的背景噪声。计算机仿真及对实物的扫描记录和重建实验结果表明,该技术原理正确,用于三维物体层析成像是可行的,用数字高通滤波的方法提高重建图像的对比度是有效的。     

数字合成彩虹全息图

提出了一种利用现代计算机技术制作全息图的新方法。数字彩虹全息图是计算机技术、数字图像处理技术应用到传统的合成全息图制作技术中的一种全息图。把用数码设备采集到的图像或利用计算机生成的图像作为全息拍摄的“物”,突破了传统全息只能拍摄实物的限制,实现了全息图制作的数字化。实验结果表明了该方法的可行性。同时也讨论了该方法的优越性及在实际应用中的重要意义。     

基于液晶空间光调制器的全息显示

在传统的纯相位全息显示系统中, 一般基于快速傅里叶变换(FFT)算法来计算相位全息图, 在FFT的计算中需要遵循Nyquist采样定理, 因此, 重建图像的尺寸往往受限于空间光调制器的固定采样率. 这个限制可以通过卷积算法或者两步菲涅耳衍射算法来解决, 但是需要使用多个FFT的计算, 导致计算量增大. 鉴于此, 提出了一种基于透镜的纯相位全息图计算方法. 在全息图的计算中, 通过透镜的成像原理建立一个采样率可变的虚拟全息面, 通过调节相应的距离参数使得在全息图的计算中可以任意调节原始图像的采样率, 摆脱了传统方法中液晶空间光调制器带宽积对重建图像尺寸的限制, 并且这种算法只需使用一次FFT就能达到变采样率的衍射计算, 大幅提高了全息图的计算速度. 数值模拟及光学实验结果证明了此方法可以在全息显示光学系统中清晰地重建不同尺寸的图像. 同时该系统可以有效地消除由空间光调制器的像素化结构带来的零级衍射.     

光学扫描全息术研究进展

光学成像技术极大地拓展了人类的视觉极限,提高了人们观察和理解现实世界的能力。越多地获得目标的光学信息,对其的认识越充分。数字全息术是一种可以将样本的三维信息以二维全息图的形式编码记录下来的一种成像技术。通过获得由携带物体信息的物光波和参考光波叠加产生的干涉图案,可以以数字化的方式实现多种重建模态,例如图像恢复、相位成像和切片成像等。光学扫描全息术是一种独特的数字全息成像技术,通过主动式二维化扫描对三维物体进行成像,其完整的波前信息可以被单像素探测器记录,并基于光外差检测进行信号解调,从而恢复出复数全息图。对光学扫描全息术的最新进展进行介绍。首先,基于双光瞳成像系统,通过特殊的硬件和算法设计,提高光学成像系统的性能,如提高空间分辨率、缩短扫描时间。其次,基于计算成像原理,通过改进和优化全息像重建算法,实现高质量的图像恢复,主要涉及切片成像和三维成像等重建模态。第三,介绍光学扫描全息术的其他研究方向,并讨论该领域未来可能的发展方向。     

菲涅尔数字全息的脉冲响应

数字全息是用CCD记录全息图并用计算机数值重建全息像的一种全息新方法.在数字全息中,通过对不同记录参数下记录的全息图的数值处理,可以消除零级光和共轭光,从而将数字全息系统看作是一个线性系统.本文依据全息理论和付里叶频谱分析,对菲涅尔数字全息系统的脉冲响应和分辨本领进行了理论分析.结果表明,在矩形等间隔抽样的情形下,菲涅尔数字全息的脉冲响应是由CCD有限大小的孔径衍射斑调制的矩形函数;菲涅尔数字全息的分辨率由CCD的孔径尺寸决定;由于CCD像素具有一定的大小,使得点光源的像发生弥散.     

Watermarking of three-dimensional objects by digital holography

We present an optical method for information watermarking of three-dimensional (3D) objects by digital holography. A hidden image is embedded by double phase encoding in a phase-shift digital hologram of the 3D object. We decode the watermarked hologram to reconstruct the hidden image and the 3D object. We use either the entire hologram or a part of it to decode the hidden image. Experiments are presented to illustrate the ability to recover both the 3D object and the decoded hidden image. Digital holograms of the 3D object are obtained by optical experiments. The watermarking process, 3D object reconstruction, and hidden image recovery are performed digitally. To the best of our knowledge, this is the first report of 3D object watermarking by use of a phase encoding technique and digital holography.     

Studies on aperture synthesis in digital Fresnel holography

Aperture synthesis can improve image resolution in digital holography by increasing the numerical aperture of the system. In this paper, we show that both the lateral resolution and image field of view can be enhanced at the same time using a more general Fresnel holography setup and hologram stitching. The impact of aperture synthesis on the lateral resolution is investigated both theoretically and experimentally. In the experiment, the synthesis is executed by moving the compact digital holographic system in two directions. Nine holograms are recorded and stitched into one hologram. The reconstruction results show that expanding aperture improves the lateral resolution. The lensless Fresnel holography used in this paper is demonstrated to have the ability to provide a larger numerical aperture and can compress the object spectrum in recording process.     

Resolution in X-ray Holography

Ｒｅｃｅｉｖｅｄ２６Ｊａｎ．１９９５；Ｒｅｖｉｓｅｄｍａｎｕｓｃｒｉｐｔｒｅｃｅｉｖｅｄ１８Ａｐｒ．１９９５ＲｅｓｏｌｕｔｉｏｎｉｎＸ－ｒａｙＨｏｌｏｇｒａｐｈｙ￥ＺＨＵＰｅｉｐｉｎｇ；ＸＩＡＯＴｉｑｉａｏ；ＣＨＥＮＪｉａｎｗｅｎ；ＸＵＺｈｉｚｈａｎ...