文｜龍飛，招繼恩，戴寶

計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)在全息學(xué)中的應(yīng)用

文｜龍飛，招繼恩，戴寶

隨著社會(huì)的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)與全息技術(shù)都得到了發(fā)展，并且在不斷的更新完善，對(duì)于各行各業(yè)的發(fā)展具有重要意義。當(dāng)今社會(huì)是信息時(shí)代，人類利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行生活、工作，而電子技術(shù)的發(fā)展水平，代表著國(guó)家的文明發(fā)展程度。計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)，在全息學(xué)中的應(yīng)用，主要是全息技術(shù)，以及圖像的增強(qiáng)與復(fù)原。計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)與全息技術(shù)，在各行各業(yè)得到廣泛的應(yīng)用，并且取得了顯著的效果。全息技術(shù)，在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用價(jià)值較高，其能夠快速的鎖定敵人，提高戰(zhàn)斗機(jī)的戰(zhàn)斗力。計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)，在影視行業(yè)的應(yīng)用價(jià)值較高，其能夠進(jìn)行三維場(chǎng)景的構(gòu)建，從而提高影片的質(zhì)量，促進(jìn)了影視行業(yè)的發(fā)展。

一、計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)與全息學(xué)概述

（一）計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)的計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷提高，數(shù)字化全息技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，成功的幫助各行各業(yè)解決諸多問題。數(shù)字化全息技術(shù)，主要是對(duì)全息成像的過程，通過數(shù)字化信號(hào)進(jìn)行處理。數(shù)字化全息技術(shù)的功能，主要有全息圖像的存儲(chǔ)、信息數(shù)據(jù)的記錄、以及圖像的后期處理等。數(shù)字化信息技術(shù)的應(yīng)用，代替了傳統(tǒng)的全息干涉技術(shù)。計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)，主要是利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖片資料收集，在進(jìn)行數(shù)字化矩陣存儲(chǔ)，最后通過計(jì)算機(jī)算法對(duì)數(shù)字矩陣進(jìn)行特殊處理。計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)的應(yīng)用比較廣泛，根據(jù)應(yīng)用的途徑不同，需要選擇對(duì)應(yīng)的處理方法。計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)的分類，主要有以下幾種：（1）數(shù)字化圖像。多位數(shù)字化圖像，主要是將普通意義的模擬圖片，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)化。（2）增強(qiáng)以及復(fù)原。將不需要著重進(jìn)行分析處理的部分進(jìn)行弱化，降低其對(duì)主要部門的干擾，從而有針對(duì)性的對(duì)信息進(jìn)行處理。（3）圖像編碼。編碼主要是指對(duì)圖像進(jìn)行壓縮，并保證圖像的清楚與不失真，同時(shí)對(duì)圖像進(jìn)行簡(jiǎn)化處理，方便圖像的存儲(chǔ)。（4）圖像重建。有的圖像不能實(shí)際進(jìn)行獲取，而是要通過數(shù)據(jù)進(jìn)行建設(shè)。此時(shí)需要利用圖像重建功能，對(duì)圖像進(jìn)行模擬。（5）模式識(shí)別。主要體現(xiàn)在系統(tǒng)的密碼設(shè)置，例如，人臉識(shí)別系統(tǒng)的建設(shè)、指紋識(shí)別技術(shù)的建設(shè)等，都需要利用模式識(shí)別。（6）計(jì)算機(jī)圖形學(xué)，主要針對(duì)模糊概念的圖形，現(xiàn)實(shí)中不存在的圖像，利用此技術(shù)可以進(jìn)行構(gòu)建。20世紀(jì)80年代，是計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的黃金時(shí)期，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷更新，其應(yīng)用的領(lǐng)域越來(lái)越廣，給社會(huì)帶來(lái)極大的便利。計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)，主要應(yīng)用在醫(yī)學(xué)、軍事、科研等領(lǐng)域，并且取得顯著的成績(jī)。

（二）全息學(xué)概述

全息學(xué)原理，能夠應(yīng)用于各種形式的波動(dòng)，主要有X射線、微波、聲波等，并且使得相關(guān)波動(dòng)具有相干性。光全息技術(shù)，主要是在影視行業(yè)、展覽活動(dòng)、醫(yī)療行業(yè)、藝術(shù)品展銷活動(dòng)、軍事偵查領(lǐng)域、水下偵查領(lǐng)域、金屬內(nèi)部監(jiān)測(cè)、信息、文物資料的存儲(chǔ)等方面進(jìn)行應(yīng)用，并且取得了良好的效果。尤其是全息攝影技術(shù)的應(yīng)用，為攝影行業(yè)開辟了新的發(fā)展領(lǐng)域。全息攝影技術(shù)，主要發(fā)明于20世紀(jì)60年代，物理學(xué)家尤里.丹尼蘇克其通過全彩全息圖像技術(shù)，制作出聚酯軟膠片上面的“彩虹”全息圖像。例如，某些信用卡，以及相關(guān)的紙幣，其中就利用了尤里.丹尼蘇克的全彩全息圖像技術(shù)。全息圖像的呈現(xiàn)，主要是通過復(fù)雜的印刷，具有防偽的作用。主要是由于其感光度比較低，不法分子無(wú)法得到以假亂真的作用。對(duì)于全息識(shí)別設(shè)備的制作，諸多研究學(xué)者采用重絡(luò)酸鹽膠進(jìn)行感光劑制作。此種設(shè)備主要適用于戰(zhàn)斗機(jī)，其可以幫助駕駛員鎖定敵人目標(biāo)，并拍攝一些珍貴的歷史資料，記錄緊急的瞬間。其能夠真實(shí)的再現(xiàn)當(dāng)時(shí)的場(chǎng)景，將歷史文物進(jìn)行立體化展現(xiàn)，極大程度的提高視覺效果。具有記錄歷史文物，保護(hù)秘密資料的作用。大型的全息圖，能夠?qū)I車、衛(wèi)星、以及三維立體廣告，對(duì)于商業(yè)領(lǐng)域而言，具有較高的使用價(jià)值。利用脈沖全息技術(shù)，能夠建立人物模型，將人物形象清晰的呈現(xiàn)。例如，人物肖像、結(jié)婚紀(jì)念照等。小型的全息圖，可以用來(lái)制作特殊的飾品，并且能夠呈現(xiàn)卡通人物、明星、植物等圖像。模擬彩虹全息圖，能夠制作卡通動(dòng)漫、賀卡等，同時(shí)可以作為防偽商標(biāo)，抑制在商品身上。模擬彩虹全息圖，是21世紀(jì)的新技術(shù)，其能夠展示在書籍中，突破了印刷技術(shù)的新界限。模壓全息標(biāo)識(shí)，其具有強(qiáng)烈的三維層次感，并且會(huì)跟隨觀察角度的不同，而展示不同的圖像。全息學(xué)技術(shù)，內(nèi)容十分廣泛，并且在不斷的研發(fā)過程中，未來(lái)全息學(xué)技術(shù)會(huì)有更大的發(fā)展，為社會(huì)創(chuàng)造更大的利益。

（三）計(jì)算機(jī)處理技術(shù)與全息學(xué)的關(guān)聯(lián)

計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)，與全息學(xué)技術(shù)具有一定的聯(lián)系，而全息技術(shù)主要是發(fā)展3D全息成像技術(shù)。3D全息成像技術(shù)，能夠形成立體的圖像，其主要是將空氣作為媒介，通過干涉與衍射進(jìn)行立體成像投射。其能夠?qū)F(xiàn)實(shí)中的場(chǎng)景進(jìn)行立體還原，在影視行業(yè)的使用價(jià)值極高。3D全息成像技術(shù)，主要是將3D圖像信息進(jìn)行記錄，再通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)還原，從而達(dá)到情景再現(xiàn)的目的。3D全息成像技術(shù)，能夠帶給人3D視覺體驗(yàn)效果，帶給人不一樣的觀看體驗(yàn)。由此可見，全息技術(shù)具有良好的市場(chǎng)發(fā)展前景，具有極大的研究?jī)r(jià)值。

二、計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)應(yīng)用環(huán)節(jié)分析

（一）全息技術(shù)在物理學(xué)工作中的應(yīng)用

全息技術(shù)，在物理學(xué)工作中的應(yīng)用比較廣泛，并且隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)與CCD技術(shù)的發(fā)展，全息技術(shù)也在不斷更新完善。全息技術(shù)的發(fā)展，主要是傳統(tǒng)光學(xué)全息到數(shù)字全息的過程。傳統(tǒng)光學(xué)全息，主要是物光與參考光進(jìn)行全息圖片記錄，從而去進(jìn)行光的振幅與相位信息的應(yīng)用。而數(shù)字全息技術(shù)，主要是對(duì)物體進(jìn)行CCD記錄與參考光記錄，從而形成數(shù)字全息圖，再通過計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)進(jìn)行處理，從而形成全息圖。數(shù)字全息技術(shù)的發(fā)展，受到CCD技術(shù)的影響較大，CCD技術(shù)的發(fā)展，能夠促進(jìn)數(shù)字全息技術(shù)的進(jìn)步。計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)，在各行各業(yè)的應(yīng)用比較廣泛。圖像的種類較多，例如，實(shí)體圖像、虛擬圖像等。根據(jù)圖像種類的不同，需要采取對(duì)應(yīng)的圖像處理技術(shù)。模擬圖像，能夠?qū)鈱W(xué)圖像、電視圖像、照相圖像等進(jìn)行處理，并且處理速度很快，但是靈活性較差。計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)，在物理學(xué)的應(yīng)用比較廣泛，并且引起了各個(gè)企業(yè)的關(guān)注。例如，微軟公司的數(shù)字家庭平臺(tái)建設(shè)，主要是利用計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)；國(guó)家文字識(shí)別系統(tǒng)的建設(shè)，同樣是采用計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)。計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)，對(duì)于人們生活、工作、國(guó)家軍防等都具有重大的影響。隨著計(jì)算機(jī)圖像技術(shù)的發(fā)展，會(huì)給人類的生活帶來(lái)更大的改變。

（二）宏觀層面的計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)

從宏觀的層面來(lái)看，計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)，主要是利用計(jì)算機(jī)對(duì)圖像進(jìn)行處理，目的是達(dá)到需求的效果。計(jì)算機(jī)處理技術(shù)的應(yīng)用比較廣，并且在應(yīng)用中交叉滲透。例如，在工業(yè)生產(chǎn)、生物醫(yī)學(xué)、職能控制等方面的應(yīng)用。計(jì)算機(jī)處理技術(shù)，主要是對(duì)數(shù)字圖像進(jìn)行處理、分析、以及理解，從而實(shí)現(xiàn)圖像處理的數(shù)字化表達(dá)。計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)，主要是對(duì)圖像進(jìn)行空間領(lǐng)域的處理、壓縮處理、以及分割處理等。圖像處理過程中，需要應(yīng)用相關(guān)程序，從而去提高圖像處理的效果，其中涉及到編程語(yǔ)言，并且應(yīng)用的編程語(yǔ)言種類較多。例如，IPP、MTL 等函數(shù)庫(kù)，其中包括了諸多圖像處理的過程，應(yīng)用此程序能夠給操作人員帶來(lái)極大便利。Photo－shop等程序軟件，其能夠使得計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)簡(jiǎn)單化，從而方便工作人員操作，提高工作效率。

（三）實(shí)踐過程中的計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)

計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)，在實(shí)際應(yīng)用過程中，需要對(duì)圖像進(jìn)行預(yù)處理。此過程主要應(yīng)用到模式識(shí)別、以及計(jì)算機(jī)視覺，主要的作用是挖掘內(nèi)部深層次的數(shù)據(jù)信息。識(shí)別模式，主要應(yīng)用在監(jiān)控環(huán)節(jié)、預(yù)測(cè)環(huán)節(jié)、以及智能識(shí)別環(huán)節(jié)等。計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)，在實(shí)際中的應(yīng)用十分普遍。例如，智能交通、企業(yè)的人臉識(shí)別打卡、遠(yuǎn)程監(jiān)控等，都需要計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)進(jìn)行支持。計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)，能夠?qū)μ摂M圖像進(jìn)行分析，主要是利用數(shù)字化技術(shù)，將模擬的場(chǎng)景進(jìn)行展現(xiàn)，從而去達(dá)到真實(shí)的視覺效果。此項(xiàng)技術(shù)在影視行業(yè)的應(yīng)用比較廣泛，例如，3D電影的制作，三維模型的構(gòu)建等。計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)，能夠與通信技術(shù)、多媒體技術(shù)等聯(lián)合使用，增強(qiáng)系統(tǒng)功能，從而取得更大的突破。

三、計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)在全息學(xué)中的應(yīng)用

（一）計(jì)算全息

計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)，在全息學(xué)中的應(yīng)用，主要包括兩方面：計(jì)算全息與圖像的增強(qiáng)與復(fù)原。計(jì)算全息的目的，主要是為獲得全息圖。其主要的操作過程是，利用計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)與光全息技術(shù)，二者相互融合對(duì)圖像進(jìn)行處理、計(jì)算、制作，最后形成全息圖的過程。

（二）圖像的增強(qiáng)與復(fù)原

圖像的增強(qiáng)與復(fù)原，主要是利用圖像編碼技術(shù)，對(duì)數(shù)字全息圖進(jìn)行優(yōu)化，從而提高全息圖的畫面質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)相關(guān)算法。圖像編碼技術(shù)的應(yīng)用，主要包括以下兩方面：（1）空域法，主要是將圖像看作平面中各個(gè)像素的集合，再對(duì)維度函數(shù)進(jìn)行處理。空域法，主要包括領(lǐng)域處理法以及點(diǎn)處理法。領(lǐng)域處理法，分為梯度運(yùn)算、拉普拉斯算子運(yùn)算等。點(diǎn)處理法主要包括灰度處理、面積、周長(zhǎng)、體積、重心運(yùn)算等。（2）頻域法，主要是對(duì)圖像進(jìn)行正交轉(zhuǎn)換，從而得到數(shù)字列陣，在一一進(jìn)行處理。處理完的圖像在返回轉(zhuǎn)換的空間域，從而得到處理結(jié)果。頻域法，主要包括濾波、數(shù)據(jù)壓縮、特征提取等。對(duì)于動(dòng)態(tài)3D圖像的處理，主要是應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，并且對(duì)軍事發(fā)展具有促進(jìn)作用。

（三）模擬實(shí)驗(yàn)

模擬試驗(yàn)，主要是利用 matlab 軟件，利用計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)，去模擬計(jì)算全息，以及全息圖的形成過程。通過matlab 軟件去進(jìn)行計(jì)算全息的制作、并且將其再現(xiàn)。如下表1所示，計(jì)算全息的流程表。

表1 計(jì)算全息圖的制作流程

試驗(yàn)主要是利用matlab 程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，去進(jìn)行全息圖的制作。分別是制作全息圖的原始圖樣、離散后的參考光波頻譜、制作好的全息圖頻譜、以及計(jì)算全息的再現(xiàn)圖。原始物圖，其尺寸大小為1024 像素×1024 像素。模擬實(shí)驗(yàn)的具體數(shù)據(jù)信息為：激光模擬了氦氖激光器，其波長(zhǎng)是641.2nm。再現(xiàn)的距離為41cm。通過試驗(yàn)可知，數(shù)字全息的處理過程，則是計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)，在全息學(xué)中應(yīng)用的過程。主要是利用計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)，對(duì)全息圖的信息進(jìn)行記錄，對(duì)物光與參考光進(jìn)行記錄，從而去實(shí)現(xiàn)全息圖的從現(xiàn)。在通過圖像增強(qiáng)與復(fù)原對(duì)全息圖進(jìn)行處理，提高全息圖的質(zhì)量，對(duì)圖像進(jìn)行消聲處理，從而更好的實(shí)現(xiàn)全息圖的重現(xiàn)。計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)，在全息學(xué)中的應(yīng)用范圍很廣，不僅是對(duì)全息圖進(jìn)行處理，還涵蓋其它方面。因此，計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)的發(fā)展，能夠促進(jìn)全息技術(shù)的發(fā)展。

計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)，在全息學(xué)中的應(yīng)用，主要是計(jì)算全息與全息圖的形成過程。全息技術(shù)在各行各業(yè)的應(yīng)用比較廣泛，并且取得了一定的成果。例如，美國(guó)科學(xué)研究所，制定了一項(xiàng)計(jì)劃，主要利用的原理是3D高清成像，需要全息技術(shù)進(jìn)行支持。美國(guó)亞利桑那州光學(xué)科學(xué)學(xué)院，組織科研成員成立研究組織，主要的目的是利用3D成像快速的獲得清晰完整的圖像，并且研究的成果應(yīng)用與軍事領(lǐng)域，從而去提高美國(guó)的軍事戰(zhàn)斗能力。通過全息技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)3D高清成像，其能夠在軍事訓(xùn)練中進(jìn)行使用。3D成像能夠同時(shí)展現(xiàn)諸多復(fù)雜的數(shù)據(jù)，成功超越了2D圖像的效果。研究小組利用全息攝影術(shù)，將物體、場(chǎng)景進(jìn)行信息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，此項(xiàng)研發(fā)對(duì)于重要數(shù)據(jù)的保存，歷史資料的存儲(chǔ)具有重要意義。利用全息技術(shù)，制造的全息視頻設(shè)備，在商業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用價(jià)值較高，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)被稱之為類全息。主要是由于其在全動(dòng)態(tài)、全彩全息視頻的效果一般。對(duì)于此項(xiàng)技術(shù)的研究，馬薩諸塞技術(shù)學(xué)院的研究結(jié)果更好，其發(fā)明了3D“電視”系統(tǒng)，成功的提高了視頻電視的清晰度。計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)、全息技術(shù)的發(fā)展，會(huì)給人類科研領(lǐng)域帶來(lái)新的突破，能夠促進(jìn)各行各業(yè)的發(fā)展。

綜上所述，計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)與全息學(xué)概述，主要包括計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)，全息學(xué)概述，以及計(jì)算機(jī)處理技術(shù)與全息學(xué)的關(guān)聯(lián)。計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)應(yīng)用環(huán)節(jié)分析，主要包括實(shí)踐過程中的計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)，宏觀層面的計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)，以及全息技術(shù)在物理學(xué)工作中的應(yīng)用。計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)在全息學(xué)中的應(yīng)用，主要有計(jì)算全息、圖像的增強(qiáng)與復(fù)原、以及模擬實(shí)驗(yàn)。計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)在全息學(xué)中的應(yīng)用，主要是將二者的技術(shù)進(jìn)行融合，從而實(shí)現(xiàn)全息圖的形成。

作者單位：杰創(chuàng)智能科技股份有限公司