菲涅耳计算全息干涉图的制作及模拟再现的研究

应用matlab语言,结合菲涅耳衍射原理,利用计算机绘制了菲涅耳全息图,实现了计算全息图的快速制作,并详细地讨论了制作计算全息图的原理、方法和步骤.将CGH技术和数字全息技术相结合,由所生成的全息图再现出原始图像,完成了全息图的数字重现,实现了整个全息记录和再现过程的计算机模拟.较传统的编程语言和绘图方法,该算法实现上更加简单和快捷,并且带有一系列提高计算全息图质量的措施,获得了清晰的数字再现图像.     

菲涅耳全息图的数字再现方法比较

基于标量衍射理论和快速傅利叶变换,详细分析了菲涅耳衍射积分的三种计算机模拟算法,并将这三种算法运用到菲涅耳全息图的数字过程中.理论分析表明,在全息图的像素数、抽样间隔以及再现波长一定的情况下,按抽样对象的不同,菲涅耳衍射积分的计算机模拟算法可分为卷积法、角谱法、直接傅利叶变换法.通过对相位函数局域空间频率的分析,给出了判定算法适用范围的特征再现距离,并分析得出,再现距离大于特征再现距离时,适合用卷积法;小于特征再现距离时,适合采用角谱法;等于特征再现距离时三种方法都适用.     

单透镜分数傅里叶变换全息图

基于分数傅里叶变换理论并以分数阶这一重要参量为纽带,推导和分析了分数傅里叶变换与菲涅耳衍射之间的关系;提出了基于罗曼I型分数傅里叶变换系统的分数傅里叶变换全息图,并实现了其计算机生成及数字重现;研究表明,分数傅里叶变换是描述菲涅耳衍射的理想工具,分数傅里叶变换全息图可以同时记录物体和系统的信息,开拓了分数傅里叶变换和全息术的应用领域。     

数字全息显微术的记录及重建实验研究

对数字全息显微术原理、数字全息图的记录和重建算法进行了理论分析和实验研究. 构建了基于Mach-Zender干涉仪的离轴全息图记录光路,以分辨率板为目标进行了数字离轴全息显微图的采集,数字信号后处理以及振幅、位相分布的数值重建. 研究了基于菲涅耳衍射的数字重建算法,解决了数字参考光模拟,消除零级衍射和孪生像干扰及确定重建参数等问题,得到的再现像清晰. 研究表明,该技术可用于微观物体的位相分布测量.     

数字基元全息图的计算机仿真

对数字基元全息图及其再现进行了计算机仿真研究,用MATLAB软件模拟CCD记录基元全息图,并编程实现离散菲涅耳变换,在此基础上完成了对数字基元全息图的数字再现;仿真实验结果与理论完全符合。     

计算机制二维全息图的研究

结合二维平面图像的特点,提出了用快速傅里叶变换制作菲涅耳计算全息图的快速算法：将菲涅耳衍射光波表示成傅里叶变换的形式,编写计算程序,用快速傅里叶变换进行计算;并研究了傅里叶变换算法中衍射场的取样间隔与计算全息系统取样间隔的关系,给出了理论分析与实验结果．     

点光源菲涅耳二元全息图再现像质的分析

对点光源菲涅耳二元全息图再现像进行了量化分析，同正弦菲涅耳全息图再现像比较，二元全息再现时除了背景噪声增大及出现高级次的像以外，像质基本不变并提高了衍射效率．这一结果为计算机制全息的实际应用开辟了一条新的思路．     

计算机与光学联合制三维物体彩色全息图的新方法

针对光学漫射物体彩色全息图制作过程中光能利用率低和彩色图像质量不高的问题,利用计算全息的灵活性,并结合光学全息的特点,提出了计算机与光学相结合的三维物体真彩色全息图制作的新方法.首先用计算机算出3张分色菲涅耳全息图,由全息图的再现像位置以及物点和线全息图的对应关系,控制好这3张菲涅耳全息图的记录距离和全息图大小,使它们放置同一个平面时,其再现像能完全重合.再用光学的方法记录它们的再现重合像,在白光下可见一真彩色立体像.该方法简单易行,光能利用率高.     

计算全息不同重建算法的研究和比较

计算全息的数值重建主要是对全息图进行一次完整的菲涅尔衍射,在对菲涅尔衍射深入研究的基础上,对三种常用的菲涅尔衍射算法计算时间和分辨率进行了分析和比较,并进行了仿真验证.仿真结果表明:傅里叶变换算法重建时间最短,而角谱重建算法相对于傅里叶变换算法和卷积重建算法具有重建像分辨率高的优点.研究结果为计算全息的数值重建提供了一个良好的参考.     

数字全息再现像质的改善

基于数字全息基本理论,设计并建立了离轴反射式数字全息记录光路,对不透明骰子进行了记录,并采用菲涅耳近似法数值再现.从数字全息图的记录、零级衍射的消除、再现像的图像增强三个方面展开实验.实验结果表明,数字全息再现像的质量可以得到有效的改善.     

基于数字全息术的粒子定位测量

将数字全息术应用于粒子场测试,数字全息术中采用电荷耦合成像器件CCD记录全息图,采用计算机模拟再现所记录的粒子场中粒子的一些定量信息.阐述了同轴数字全息的基本概念、原理、方法及其在粒子定位测量中的应用,并进行了计算机仿真与实验研究,证明了该方法的适用性.     

相移数字全息技术中相移误差对全息图数字重现的影响

在相移数字全息技术中，分别采用二步算法、三步算法、四步算法及全息数字相减技术，实现了对相移数字全息图数字的重现．通过对比由于参考光束的相移误差在不同情况下重现像的质量，表明二步算法比已有的算法能得到质量更好的重现像．     

数字离轴全息实验系统及其零级像分析

针对数字全息术中记录介质分辨率制约物参光的最大夹角给实验系统搭建带来的问题，提出一种数字离轴全息记录系统．该系统是将低频全息衍射光栅作为分光元件引入数字全息系统，利用光栅衍射的0级和＋1／-1级形成离轴全息记录光路，同时对再现像中零级进行了理论分析，并进行实验研究实验结果证明了该系统的可行性，并且具有光路系统简单、操作容易等特点．     

用数字图像处理方法增强全息再现像

数字全息中直透光和共轭像的去除是影响到全息能否得到更广泛应用的关键因素。介绍了全息图像中数字图像的基本原理,就数字图像的处理方法进行了探讨。     

三维场景相息图快速生成研究

相息图以其衍射效率高,无共轭像等优点而被广泛应用于全息三维动态显示中,然而相息图计算量大,生成速度慢而影响了它的实时动态显示;鉴于此,提出了一种三维场景相息图快速生成方法;采用OpenGL进行物点离散采样,逐点计算的优化查表算法进行相息图计算,将相位因子拆成水平方向和竖直方向因子的乘积,离线制作的查找表只需存储水平方向和竖直方向因子,从而使存入GPU纹理内存的查找表空间大大减少,并利用CUDA架构合理设计并行计算方案,使相息图的运算速度进一步加速;实验表明:采用此方法能正确生成所需的相息图,且计算速度比基于CPU的计算方法提高了40倍左右.     

傅里叶变换全息的计算机模拟

傅里叶变换全息图不是记录物光本身,而是记录物光的傅里叶频谱.利用透镜的傅里叶变换性质,将物体置于透镜的前焦面,在照明光源的共轭像面位置就得到物光的傅里叶频谱,再引入参考光与之干涉,在干涉图样中就记录了物光的傅里叶变换光场的振幅和相位的全部信息.利用MATALB语言的强大的快速傅里叶变换和灵活多变的图像处理能力,完整地模拟了傅里叶变换全息的全过程.与实际实验相比较,直观、经济;模拟实验参数可调,现象明显.可以加深对傅里叶变换全息理论的理解.     

离轴参考光计算全息图的制作

对离轴参考光计算全息图的制作进行了研究.基于光学离轴参考光全息原理,对全息干涉场的空间频谱进行分析,得出了离轴参考光全息图的相关参数;用计算机分别模拟物光波和参考光波,设计全息图的相关参数,采用快速傅里叶变换算法,通过计算得到离轴参考光计算全息图;用激光再现获得全息再现像.形成用计算机制作离轴参考光全息图的理论与方法,并进行了实验验证.     

干涉型分数傅里叶变换计算全息及其数字再现

根据Lohmann I型分数傅里叶变换(FRFT)光学单元,在FRFT数值算法的基础上获得了物光波在FRFT域的离散复振幅分布,以干涉型计算全息编码方法制作出了分数傅里叶变换计算全息图(CGH),并在计算机中进行了数字再现。仿真实验结果表明:干涉型CGH能记录下物光波的振幅和相位的完整信息,输入平面上的物光波经过任意阶次FRFT后,按照干涉型CGH编码方式产生的全息图能够通过相应阶次的逆FRFT实现再现。