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.     

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.     

菲涅耳波带板扫描全息术透过高散射介质成像

将菲涅耳波带板扫描全息术用于高散射介质成像技术中。对于编码函数非负给物体的再现像带来的背景噪音．提出采用构造复合全息图的方法来消除。在实验中运用该方法得到了信噪比和衬比度较好的物体的再现像。计算并测试了系统的点扩展函数,实验结果与理论计算结果相吻合．其结果都接近于二维的δ函数。用菲涅耳波带板扫描全息成像系统进行了成像实验．得到了嵌埋在浓度为1％、深度为1．7cm的脂肪乳剂中的吸收体清晰的再现像,吸收体为直径0．4mm的金属丝和内径为6．0mm的金属环,另外．也得到了直径为2．5mm的黑塑料球的再现像。     

利用空间光调制器实现计算全息三维显示

针对目前三维物体计算全息算法数据量大、计算速度慢及共轭像影响再现效果问题,提出一种全息体视图计算方法。根据人眼双目视差立体视觉原理,由摄像机获取三维物体不同角度的二维序列视差图像,通过计算全息算法得到多视角全息图,合成三维物体全息体视图。在迭代傅里叶变换算法的基础上,采用预设初始相位并增加反馈因子的方法,提高相息图的计算效率。基于液晶空间光调制器构建光学系统,对计算的全息体视图进行了光学再现。结果表明:该方法有效地排除了共轭像的干扰,相息图的迭代计算效率提高30%以上,再现图像与目标图像的结构相似度大于0.85。     

基于三维傅里叶频谱的计算全息图

提出了一种新的三维物体计算全息图的合成方法.在三维傅里叶旋转抛物面获取频谱理论的基础上,利用圆形扫描获得少量投影,采用多个半圆提取方式获取三维物体的频谱信息并采用共轭对称延拓计算全息编码得到计算全息图.传统方法中,在每幅投影上仅提取一个圆形的频谱信息.在同等投影数量的情况下,通过半圆方式在每幅投影上提取多于一个圆形信息的方法获得频谱信息,提高了每幅投影的信息利用率和全息图再现图像的质量.数字再现的实验证明了该方法的有效性及优越性.     

基于三维傅里叶频谱的计算全息图

提出了一种新的三维物体计算全息图的合成方法.在三维傅里叶旋转抛物面获取频谱理论的基础上,利用圆形扫描获得少量投影,采用多个半圆提取方式获取三维物体的频谱信息并采用共轭对称延拓计算全息编码得到计算全息图.传统方法中,在每幅投影上仅提取一个圆形的频谱信息.在同等投影数量的情况下,通过半圆方式在每幅投影上提取多于一个圆形信息的方法获得频谱信息,提高了每幅投影的信息利用率和全息图再现图像的质量.数字再现的实验证明了该方法的有效性及优越性.     

计算全息显示技术的研究

基于电寻址液晶光阀实验系统,利用计算像面全息法制作全息图并实现像的再现.综合比较物点散射法、层析法和主菲涅耳波带法3种计算全息方法的优劣,选择物点散射法以四级迂回相位编码的方式,得到三维物体的计算全息图.通过烟雾散射的丁达尔效应观察圆柱体的全息像,采用空心立方体优化成像的清晰度和对比度.     

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     

三维点云物体频谱获取方法

为了简化三维物体计算全息数据和加快计算时间,提出了一种三维点云物体频谱获取方法.在分析频谱获取方法模型的基础上,由不同视角的投影图像(视图)与对应的平面波因子相乘积分的方法得到了三维点云物体频谱;介绍了视图获取算法,使用Matlab并行计算得到了一个三维‘鸟’的视图序列;根据实际物体频谱分布情况,采用高阶高斯概率分布减少视图获取数量;通过视图序列得到三维物体的频谱,采用傅里叶逆变换得到物空间内一个平面的复振幅分布,将其衍射一段距离,编码为菲涅尔全息,并进行了模拟再现和实验验证.模拟再现和实验结果表明:只需要原总视图的17.75%可以获得高质量的再现效果,验证了频谱获取方法的可行性及视图获取简化模型的正确性.所获取的三维物体频谱可以通过一定方式编码成多种全息进行三维显示,拓宽了该频谱获取方法的应用范围.     

基于基元全息图空间频谱分析的计算全息参考光角度选择方法

提出了一种基于基元全息图频谱分析的计算全息参考光角度选择方法.通过分析基元全息图的空间频谱成分,导出全息图正确再现需要满足的约束条件;求解了基于空间光调制器的计算全息再现系统的参考光角度取值范围;用N-LUT算法计算了成像距离为1 000mm时,一幅22.5mm×26.1mm的二维图像取不同参考光角度时的全息图,并进行了数字再现和光学再现实验.结果表明:参考光角度在0.893 8°到1.398 0°之间选择可以获得质量良好的再现像;参考光角度小于0.893 8°时,再现像与共轭像不能完全分离,参考光角度大于1.398 0°时,全息图频率过高会造成欠采样,导致再现像与下一级共轭像互相交叠.实验现象与理论分析一致,验证了参考光夹角选择方法的正确性.     

Wavelength-scanning digital interference holography for optical section imaging

We propose and experimentally demonstrate a simple digital holographic method that allows reconstruction of three-dimensional object images with a narrow depth of focus or axial resolution. A number of holograms are optically generated by use of different wavelengths spaced at regular intervals. The holograms are recorded on a digital camera and reconstructed numerically. Multiwavelength interference of the holograms results in images of the contour plane whose thickness can be made arbitrarily narrow. Objects at different distances from the hologram plane are imaged clearly and independently, with complete suppression of the out-of-focus images. The technique is available only in digital holography and should have useful applications in holographic microscopy.     

Depth-independent segmentation of macroscopic three-dimensional objects encoded in single perspectives of digital holograms

We present a technique for performing segmentation of macroscopic three-dimensional objects recorded using in-line digital holography. We numerically reconstruct a single perspective of each object at a range of depths. At each point in the digital wavefront we calculate variance about a neighborhood. The maximum variance at each point over all depths is thresholded to classify it as an object pixel or a background pixel. Segmentation results for objects of low and high contrast are presented.     

Variable tomographic scanning with wavelength scanning digital interference holography

We present a new method for variable tomographic scanning based on the wavelength scanning digital interference holography (WSDIH). A series of holograms are generated with a range of scanned wavelengths. The object field is reconstructed in a number of selected tilted planes from each hologram, and the numerical superposition of all the tilted object fields results in a variable tomographic scanning. The scanning direction can be arbitrary angles in 3D space but not limited in a 2D plane, thus the proposed algorithm offers more flexibility for acquiring and observing randomly orientated features of a specimen in a WSDIH system. Experiments are performed to demonstrate the effectiveness of the method.     

基于位相变更的非相干数字全息自适应成像

菲涅耳非相干数字全息作为一种非扫描的三维成像技术具有其独特的优势,但其成像过程中会受到各种像差的影响,导致成像分辨率、再现像的质量降低.为了解决这一问题,可以结合适当的自适应光学技术对波前像差进行探测和校正.位相变更是一种基于两幅具有已知位相差的强度图像实现波前探测和像差校正的技术.本文发展了基于位相变更的非相干数字全息自适应成像技术,不需要引入引导星,利用全息记录过程中的两幅相移全息图,实现波前像差的探测.本文给出了所发展技术的数值仿真和实验结果,结合位相变更算法求解出系统像差的位相分布,将像差的共轭位相加载到光瞳面上,在全息图记录的同时校正像差,从而提高重建像的质量.     

一种在二步相移数字全息中实现准确相移的方法

相移数字全息中的相移准确性决定了重建结果的质量,本文提出了在二步相移数字全息中实现准确相移的方法.该方法使用数字电压源开环控制普通的压电陶瓷微位移器,通过连续以微小的间隔来改变施加在压电陶瓷微位移器上的电压,可以获得一系列对应于不同相移角的全息图像,进而可以利用这些全息图像重建出来物光波在全息面上的强度分布.实验中采用已被CCD直接记录的物光波在全息面上的强度分布作为标准来评价前面重建结果的质量,计算了这些重建结果和评价标准之间的相关系数,结果表明相关系数达到最大时对应的全息图具有准确的相移角π/2.实验中比较了使用所确定准确相移角和理论相移角分别重建出来物光波的质量,计算机模拟和实验的结果证实了该方法的有效性.     

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.     

Optical-path-length-shifting color digital holography

We propose an in-line color digital holography that can suppress a 0th-order diffraction image and a conjugate image. This technique reconstructs the image of an object from two holograms that are formed at two different distances from the object for each primary color. We numerically simulated the proposed technique and confirmed that it enabled the reconstruction of higher-quality images of an object than the Fresnel transform alone, which is the simplest reconstruction algorithm in digital holography. The effectiveness of the proposed technique was also quantitatively shown by evaluating the reconstructed images using root-mean-square errors. Thus, it was confirmed that the proposed technique was capable of recording and reconstructing both three-dimensional information and color information of an object.     

Review of Fresnel incoherent correlation holography with linear and non-linear correlations

Fresnel incoherent correlation holography(FINCH) is a well-established incoherent imaging technique. In FINCH, three selfinterference holograms are recorded with calculated phase differences between the two interfering, differently modulated object waves and projected into a complex hologram. The object is reconstructed without the twin image and bias terms by a numerical Fresnel back propagation of the complex hologram. A modified approach to implement FINCH by a single camera shot by pre-calibrating the system involving recording of the point spread function library and reconstruction by a nonlinear cross correlation has been introduced recently. The expression of the imaging characteristics from the modulation functions in original FINCH and the modified approach by pre-calibration in spatial and polarization multiplexing schemes are reviewed. The study reveals that a reconstructing function completely independent of the function of the phase mask is required for the faithful expression of the characteristics of the modulating function in image reconstruction. In the polarization multiplexing method by non-linear cross correlation, a partial expression was observed, while in the spatial multiplexing method by non-linear cross correlation, the imaging characteristics converged towards a uniform behavior.