張 凱,董志鵬（江西凱天動(dòng)漫有限公司, 江西 萍鄉(xiāng) 337000）

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數(shù)字全息3D圖像再現(xiàn)的方法論述

張 凱,董志鵬
（江西凱天動(dòng)漫有限公司, 江西 萍鄉(xiāng) 337000）

摘 要：本文以數(shù)字全息技術(shù)原理及相關(guān)理論作為出發(fā)點(diǎn)，分析了數(shù)字圖象處理技術(shù)，并從相移數(shù)字全息原理和相移數(shù)字全息計(jì)算方法等方面探討了基于相移數(shù)字全息技術(shù)的圖像再現(xiàn)，以期為能夠真實(shí)再現(xiàn)原物信息的全息顯示技術(shù)提供一些參考和意見。

關(guān)鍵詞：數(shù)字全息；3D圖象；相移數(shù)字全息

數(shù)字全息技術(shù)相較于普通光學(xué)技術(shù)而言，具有成本低、靈活運(yùn)用、速度快、儲(chǔ)存空間大、實(shí)時(shí)處理等優(yōu)勢(shì)。因此數(shù)字全息技術(shù)可以廣泛運(yùn)用于醫(yī)療美容、特征辨別、外貌檢測(cè)和全息防偽等各種領(lǐng)域，對(duì)人們的生活和工作提供了極大的便利。隨著現(xiàn)代信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在光學(xué)領(lǐng)域的普及與發(fā)展，許多學(xué)者就如何提高光能利用率和真色彩顯示問題展開了相關(guān)討論，并結(jié)合實(shí)際提出了最優(yōu)方案策劃，以達(dá)到實(shí)現(xiàn)圖象質(zhì)量的目的。

1 數(shù)字全息術(shù)相關(guān)技術(shù)理論

（1）全息圖的分類。全息圖根據(jù)不同的分類方法分為同軸全息圖和離軸全息圖兩種類型。就同軸全息圖而言，如題1所示，一方面，同軸全息圖具有光源低、穩(wěn)定性高、光路簡(jiǎn)單、色差趨向小、記錄介質(zhì)分辨率高等優(yōu)勢(shì)。另一方面，同軸全息圖具有襯比度低、質(zhì)量整體性不高、孿生全息像分辨率低、透明度效果差等劣勢(shì)。但是隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及網(wǎng)絡(luò)信息化腳步的加快，同軸全息圖的缺點(diǎn)利用科學(xué)技術(shù)平臺(tái)得到大大改善。

通過科研人員線性記錄可以得出同軸全息圖振幅透過率為：

假設(shè)AC表示全息圖的再現(xiàn)光潑，在現(xiàn)光潑得出垂直照明全息圖，如圖2所示：

衍射之后的光場(chǎng)表達(dá)公式為：

由衍射之后的光場(chǎng)表達(dá)公式可以得出，公式的第一項(xiàng)表示為同軸全息圖的零級(jí)衍射潑，公式的第二項(xiàng)也為同軸全息圖的零級(jí)衍射潑，公式的第三項(xiàng)表示為同軸全息圖的虛擬圖象或者原始圖形，公式的第四項(xiàng)表示為同軸全息圖的實(shí)像，實(shí)像與虛擬圖象構(gòu)成孿生像。

（2）數(shù)字全息原理。相較于傳統(tǒng)全息技術(shù)而言，數(shù)字全息技術(shù)在介質(zhì)上與傳統(tǒng)全息技術(shù)有著本質(zhì)的不同。數(shù)字全息技術(shù)是數(shù)字化技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，在一定程度上推動(dòng)了數(shù)字化時(shí)代的進(jìn)步。另外，數(shù)字全息處理技術(shù)可以在光影平面內(nèi)部實(shí)現(xiàn)數(shù)值模擬全息圖像，并利用計(jì)算機(jī)作為有效載體實(shí)現(xiàn)全息圖的再現(xiàn)。以計(jì)算機(jī)作為有效平臺(tái)的方法是通過植入函數(shù)以及光調(diào)制器入射光，最終向人們呈現(xiàn)一種全新的、立體的三維成像。

2 數(shù)字圖象處理技術(shù)

數(shù)字圖象處理技術(shù)作為數(shù)字全息3D圖象再現(xiàn)的一種主要處理技術(shù)，是有效處理數(shù)字圖象二維信息和電子穩(wěn)像的現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)。數(shù)字圖象處理技術(shù)主要以計(jì)算機(jī)作為處理圖象的平臺(tái)之一，在計(jì)算機(jī)中分析處理3D圖象信息數(shù)據(jù)，并在儲(chǔ)存數(shù)據(jù)模塊處理3D圖象的二維信息。但是計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)模塊在處理3D圖象方面具有計(jì)算機(jī)儲(chǔ)存量小、信息量過大等缺點(diǎn)。

3 基于相移數(shù)字全息技術(shù)的圖像再現(xiàn)

（1）相移數(shù)字全息原理。相較于數(shù)字圖象處理技術(shù)而言，相移數(shù)字全息技術(shù)依據(jù)的原理主要是根據(jù)相移干涉法作為基礎(chǔ)，將數(shù)字全息技術(shù)結(jié)合而成的一種數(shù)字全息3D圖象再現(xiàn)技術(shù)。最早運(yùn)用于圖象投影、圖象處理是在1997年，由 Ichirou Yamaguchi 和 Tong Zhang兩位科學(xué)家提出。相移數(shù)字全息原理以相移干涉原理作為依托，在計(jì)算機(jī)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)記錄全息圖復(fù)振幅，然后經(jīng)過相關(guān)技術(shù)人員的處理將虛擬圖象轉(zhuǎn)換為數(shù)字全息圖再現(xiàn)。

（2）相移數(shù)字全息再現(xiàn)算法。隨著社會(huì)的不斷發(fā)展以及科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，相移數(shù)字全息技術(shù)算法得以不斷提升。目前，運(yùn)用比較廣泛的相移數(shù)字全息再現(xiàn)計(jì)算方法主要有四步相移法、三步相移法和兩步相移法。

就四步相移法而言，一般在計(jì)算四步相移公式時(shí)，要假設(shè)參考光為相移量為θ，復(fù)振幅為那么全息干涉圖的強(qiáng)度分為用公式表達(dá)為：

就兩步相移算法而言，一般我們?cè)谟?jì)算兩步相移公式時(shí)，要假設(shè)參考光為相移量為O，在CCD光敏面上紀(jì)律全息公式和全息裝置圖。根據(jù)兩步相移數(shù)字全息裝置圖可以得知在CCD記錄面上加入了快門裝置，K1和K2分別表示物光合參考光在平面中的快門裝置。參考光強(qiáng)度表示為：物光強(qiáng)度表示為：

4 結(jié)束語

隨著科學(xué)技術(shù)以及數(shù)字全息化技術(shù)的不斷進(jìn)步，數(shù)字全息3D圖象再現(xiàn)算法得到逐步提高。但是相較于國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家而言，我國(guó)的數(shù)字全息技術(shù)還處于發(fā)展的初步階段，CCD分辨率較低、記錄數(shù)字全息裝置圖會(huì)受到激光環(huán)境的影響等一系列限制因素導(dǎo)致我國(guó)的數(shù)字全息技術(shù)還不夠成熟。因此需要相關(guān)科研人員進(jìn)行更深入的研究，從而實(shí)現(xiàn)高CCD分辨率的目的。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫延祿.從模擬人眼立體視覺功能的差異看3D影像技術(shù)的類別與未來[J].現(xiàn)代電影技術(shù),2012(01):13-23.

[2]馬建設(shè),夏飛鵬,蘇萍,潘龍法.數(shù)字全息三維顯示關(guān)鍵技術(shù)與系統(tǒng)綜述[J].光學(xué)精密工程,2012(05):1141-1152.

[3]趙潔,王大勇,李艷,王云新,張亦卓.數(shù)字全息顯微術(shù)應(yīng)用于生物樣品相襯成像的實(shí)驗(yàn)研究[J].中國(guó)激光,2010(11):2906-2911.

[4]梁艷明,張培晴,關(guān)燁鋒,李麗,周建英.基于空間光調(diào)制器的多層圖像的構(gòu)建與可視化[J].光子學(xué)報(bào),2010(10):1820-1824.

[5]曹雪梅,桑新柱,陳志東,冷俊敏,張明,郭南,余重秀,徐大雄.基于二維彩色圖像和深度圖的復(fù)雜三維場(chǎng)景的計(jì)算全息圖[J].中國(guó)激光,2014(06):193-197.

[6]張鵬煒,蔣曉瑜,裴闖,張智詮,呂家國(guó).3D全息顯示的城市光子地圖系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].激光與紅外,2014(09):1035-1041.

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.02.253