纯相位全息图优化算法

近年来得益于光学、电子和计算机等各项技术的进步以及新算法的不断提出,计算全息技术飞速发展.由于现有液晶空间光调制器对于纯相位全息图具有更高的调制能力与衍射效率,纯相位全息图优化算法一直以来是一个研究热点.本文回顾了计算机生成全息图的发展历程,并按照迭代方法、非迭代方法以及其他方法为分类标准,对纯相位全息图生成与优化算法...     

基于并行结构的相位恢复算法在全息激光投影中的应用

全息激光投影技术相比传统图像显示技术有突出的优势。作为全息激光投影技术的关键图像处理算法——相位恢复算法,算法的收敛速率和精度都有待提高,在实际计算中它们的效果不够理想,甚至不能保证迭代过程总收敛到正确解。基于此,本文提出了基于并行结构的相位恢复算法(PGSGA)。该方法思路是对多个初值进行并行运算,不断"筛"出最优结果来对GS算法进行加速。仿真实验证明,该算法在收敛速率和恢复的灰阶图像质量等方面具有优越性。     

相位恢复算法研究进展

相位恢复技术是波前重构技术的一个重要分支,重构的结果只取决于测量平面光强的分布,相比于其他的波前重构方法,相位恢复技术具有不需要在光路中添加额外硬件、光路简单、对光路环境的要求低、抗干扰能力强等优点,在光束整形、激光光束净化和干涉成像等领域有着非常广阔的应用前景。相位恢复的精度及速度是评价相位恢复技术的主要准则,此领域目前文献比较繁杂,本文梳理了相位恢复算法的发展脉络,围绕相位恢复算法的收敛精度与收敛速度等核心问题,系统的介绍了迭代及光强相位恢复算法的相关研究进展,并且对相位恢复算法的发展前景进行了展望。     

基于迭代傅里叶变换的3维全息图计算新方法

为了进行3维物体全息图的快速运算,在迭代傅里叶变换算法基础上,通过分析透镜的傅里叶变换性质,采用编码球面相位因子的方法,将全息图平行光再现等效为点光源再现。将球面相位因子加入到迭代运算中,获得了具有深度特征的3维物体全息图;同时利用球面相位因子查表运算法简化了相位因子的计算,提高了算法的迭代速度,并基于空间光调制器进行了3维物体的再现实验。结果表明,该算法具有良好的收敛特性,计算的全息图能够在不同距离的像面实现对应层面的物场再现,具有3维的视觉效果。     

基于波前记录平面的计算全息图快速生成算法最新研究进展

在全息三维显示领域,计算全息图的快速生成算法是重要的研究内容。波前记录平面法是一种基于点云加速计算全息图生成的方法,能有效减少计算时间。对波前记录平面计算全息图生成方法及应用的最新进展进行分析讨论,首先介绍波前记录平面方法的原理,然后详细分析波前记录的最新研究方法,从加快计算全息图的生成速度、提高三维重建图像质量及一些特殊应用如曲面全息成像等方面进行总结分析。详细分析各种波前记录平面方法在增加计算速度、提高重建像质量、减少查找表占用内存、增大视场角、去除混叠噪声等方面的改进及应用,并分析该方法在实时、动态、高质量、大视角全息三维显示中的作用。最后分析了各种方法的优劣,对波前记录平面方法的未来发展方向进行展望。     

基于FBP的迭代算法研究

在用传统的滤波反投影算法（FBP）重建图像时,往往不可避免地出现许多伪影。为了减少伪影,论述了一种基于FBP的迭代算法,此处投影采用平行光束。算法分为三个过程,第一个过程采用FBP算法重建图像,第二个过程将重建后的图像再次投影并与第一次的投影做外差并将此差值做反投影获得改进量,第三个过程将改进量与第一次重建的图像相加获得修正后的图像,重复该过程。多次迭代后图像膺像明显减少,图像质量增强。     

计算全息图的快速生成技术

传统的2D显示设备只能提供平面图像显示,无法使观看者获得身临其境的观看体验。为了使人们更真实地认识客观世界,显示技术从2D向3D发展已成为了一种趋势。全息3D显示能为人眼提供3D物体全部的深度信息,因而被视作3D显示中最具发展潜力的技术之一。然而,3D物体的全息图计算量巨大,导致计算速度缓慢。为了能够实现实时动态的全息3D显示,计算全息图的快速生成技术受到了很多研究者的关注。本文首先基于标量衍射理论介绍了全息3D显示技术的基本原理,然后根据3D物体的数学描述形式分别介绍了基于点元法、面元法和分层法的三类计算全息图的快速生成方法,并概述了硬件加速法和深度学习法在全息图快速计算中的应用,最后对各类方法进行了总结和展望。     

基于Landweber迭代的图像重建算法

本文尝试将一种新型的基于Landweber迭代算法用于电阻抗断层图像(EIT)重建。该算法与线性反投影算法不同,Landweber算法可以明显地改进图像质量。仿真结果表明,它不仅可以消除噪声干扰,而且能加快收敛速度。     

迭代搜索法设计二元计算全息图

提出了设计二元计算全息图（ＢＣＧＨ）的一种新方法，分析了迭代搜索算法合成ＢＣＧＨ的原理和特点，建立了一套评价计算全息算法的指标，分析了几种类型ＢＣＧＨ数字恢复像的质量和衍射效率，并给出了其实际光学恢复像．分析结果表明，用迭代理索算法设计的位相型ＢＣＧＨ恢复像质量好、衍射效率高．是合成ＢＣＧＨ的一种较理想的迭代算法．     

基于深度学习和分层角谱的三维纯相位全息显示

传统的纯相位全息成像方法,大多数依赖于高强度的迭代,耗费时间长,成像质量不高,针对此问题,提出了一种深度学习与分层角谱结合的纯相位全息图生成算法,在快速生成全息图的同时提高了全息图再现质量.通过LeNet网络结构预测三维物体的复振幅信息,降低了计算量,采用精确的角谱算法生成三维物体的高质量纯相位全息图.通过仿真实验证明...     

用于智能显示的相位型计算全息图的设计

介绍了一种基于相息图原理的用于智能显示的纯相位型计算全息图的设计方法,并在此基础上,以雪花图形和分划板图形为例,完成了全息元件实验样件的制作及全息再现实验,这种实时再现的图像可以用于智能显示。在已知记录介质折射率的情况下,通过控制纯相位型计算全息图记录介质表面微结构的宽度和高度来调制光波,得到所需图像。采用逐步迭代的傅里叶变换算法来获取纯相位型计算全息图的相位结构,为了降低相位型计算全息图的制作难度,提出量化数学模型,并对所设计的相位结构进行量化处理,给出了纯相位型计算全息图的4台阶浮雕型相位结构。全息元件的尺寸设定为6mm×6mm,工作波长为650nm,衍射结构的最小特征尺寸为8μm。理论计算和模拟再现像的结果表明,在未考虑加工误差的条件下,所提供的这种用于智能显示的纯相位型计算全息图的设计方法是可行的。此方法可推广用于其它任意特定图案的纯相位型计算全息图的设计,也可用于设计具有光束整形功能的衍射光学元件,如离轴照明的光束的整形匀光器件等。用于智能显示时,用平行光照射制作的实验样件,只得到的单一的衍射图像,不存在其他衍射级次的图像,在考虑采用台阶量化结构和存在加工误差的情况下,衍射效率仍然很高。若改变设计的全息图相位的正负,并用平行光以特定的角度照射制作此相位型计算全息图,可用于全息瞄准。     

融合多个面上光强信息的混合迭代相位恢复算法

在自适应光学、光学加工检测及激光光束质量检测等诸多领域,经常涉及到相位恢复问题.研究相位恢复的数值算法,具有较强的现实意义.文中给出了一种融合多个离焦面上的强度信息,以恢复输入面上相位分布的混合迭代算法.首先采用共轭梯度迭代方法求解,将所得结果设定为新的迭代初始值,并利用角谱法对此进行优化,以进一步提高相位恢复的精度.模拟实验表明,该算法具有良好的收敛性能和较高的相位恢复精度,且适用于输入面上振幅分布无法直接测得的场合.     

基于粒子群算法分析随机相位对全息图的质量影响

因为相息图具有很好的衍射效率,所以经常被用 在计算全息中。在计算相息图时,随机相位被加入 到物体对象中从而扩散全息图中的物体光,但随机相位的添加会造成重建图像中产生相当大 的散斑噪声。 为了改善这一问题,本文首先针对随机相位的范围进行分析,研究了初始的随机相位对全息 图成像质量的 影响,再通过粒子群算法寻找最优的随机相位范围。在计算全息图时会存在部分信息的丢失 ,所以对全息 图进行迭代运算能弥补全息图间的差异。故在本文还将结合改进的迭代傅里叶变换算法来有 效的改善重建 图像的质量,即提出了一种基于粒子群算法分析有限随机相位对全息图质量影响的方法。通 过对以上过程 进行数值模拟和光学实验,最后的实验结果表明,通过寻找最优的随机相位范围以及改进的 迭代傅里叶变 换算法能够改善重建图像的散斑噪声得到高质量的重建像。     

基于有限角图像重建的两种迭代算法研究

针对有限角度投影数据的CT图像重建问题,本文介绍了两种迭代算法,其中主要介绍了基于最小化图像总变差的优化准则的迭代重建算法--TV算法,以及简单介绍了改进后的ART算法,该算法的基本思想是运用已知角度的投影数据来补全未知角度的投影数据,再用ART算法进行图像重建.最后用模拟的有限角度投影数据分别对这两种迭代算法进行了图...     

基于图像序列的YG算法二维相位恢复

迭代算法相位恢复计算中存在可能陷入局部极小值,导致算法收敛速度慢和不稳定的缺点,为了克服这一缺点,本文利用多个输出平面上光的强度信息,将YG算法推广到空域约束(光强度约束)二维相位恢复问题,提高算法收敛速度.模拟实验结果表明,基于图像序列的YG算法二维相位恢复收敛速度快,相位恢复精度高,同时对噪声具有较好的鲁棒性.     

一种基于集成成像生成计算全息图的方法

提出了一种基于集成成像生成三维(3D)物体计算全息图的方法。利用微透镜阵列获取微图像阵列,通过像素提取获得正交投影子图像阵列,根据3D中心切片理论,将各正交投影子图像的二维(2D)傅里叶频谱放入相对应的3D傅里叶空间中,提取其相交的部分并叠加,可以获得3D物体在透镜后焦面的频谱信息分布。计算出在一定传播距离处的菲涅耳衍射分布,用全息编码方法生成菲涅耳计算全息图。进行模拟再现,给出在不同再现距离上获得的再现像,验证了该方法的可行性。该方法能够在非相干光照明的情况下采用3D傅里叶频谱制作真实3D物体的全息图,它减小了系统的复杂程度,在算法实现上更加简单。     

基于迭代函数系统的数字全息图像生成方法

本文提出了一种基于迭代函数系统的数字全息图像生成方法 ,通过分形迭代函数护射变换的分解 ,能够生成多层次、视角变化的数字全息图像 ,为激光全息防伪提供了一种新方法     

同轴菲涅耳全息中提取相位的算法

同轴全息术得到的相位通常都有弯曲和畸变,且0级和±1级再现像相互重叠,使得以往在离轴全息中常用的相位补偿处理技术在同轴菲涅耳全息中效果不佳。为了解决该问题,采用一种仅需拍摄一幅同轴菲涅耳数字全息图,对该全息图做必要处理得到另一幅全息图,通过将两幅全息图的衍射再现光场相减消除相位弯曲,以及0级像和矩孔衍射对相位的影响,从而提取待求光场相位近似值的方法,进行了相应的理论推导和实验验证。结果表明,该算法相较以往使用的相位掩膜方法能够得到更好的结果。     

改进的图像重建迭代算法

针对不完全数据图像重建问题,该文从积分方程角度提出一种改进的图像重建迭代算法(Im-proved Iterative Reprojection Reconstruction,IIRR),并证明其在范数下收敛。该算法的图像重建收敛速度和重建图像误差依赖于引入的参数因子、已知的投影数据与图像的先验信息。重建图像可以表示为由已知投影数据所构成图像的级数形式。数值模拟结果表明,IIRR算法在不完全数据的情况下具有较好的图像重建能力。     

基于二值约束和相位恢复算法的计算全息水印

为了提高全息水印图的对比度,增强水印鲁棒性,基于信息光学理论提出一种新的计算全息水印方法。首先将计算全息图进行再现,去除相位并保留振幅信息;然后利用相位恢复的方法,用二值约束条件的相位信息对保留的振幅进行调制,经过反复迭代最终得到相位恢复的灰度全息图。通过仿真实验证明了该方法在JPEG压缩、剪切、滤波、加噪等几种常规攻击下有很好的鲁棒性。上述方法不仅提高了全息图的抗干扰性能,也比对计算全息图二值化丢失的信息量更少,大大提高了再现像的质量。可以有效地运用于一些数字产品的版权保护中。