劉冬爾 湖南省長沙麓山國際實驗學(xué)校

數(shù)字全息3D圖像再現(xiàn) 的方法論述

劉冬爾 湖南省長沙麓山國際實驗學(xué)校

當(dāng)今社會是一個全球化、信息化的時代，社會的不斷進(jìn)步以及科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展不僅推動了現(xiàn)代計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，還大大促進(jìn)了計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在光學(xué)領(lǐng)域的廣泛運用。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，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)，以期為能夠真實再現(xiàn)原物信息的全息顯示技術(shù)提供一些參考和意見。

數(shù)字全息 3D圖象 相移數(shù)字全息

與普通光學(xué)技術(shù)相比較，數(shù)字全息技術(shù)具有顯著優(yōu)勢，具體表現(xiàn)為經(jīng)濟(jì)成本低、靈活性高、速度快等。因此數(shù)字全息技術(shù)被廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域和全息防偽領(lǐng)域。數(shù)字全息技術(shù)在各個領(lǐng)域的應(yīng)用，不僅可以方便人們的生活與工作，還可以進(jìn)一步推動光學(xué)技術(shù)的發(fā)展。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)代信息技術(shù)在各個領(lǐng)域的普及，諸多科學(xué)家們對數(shù)字全息技術(shù)展開了激烈討論，并分析了光能利用率問題、制定了具有針對性的策劃方案，從而為進(jìn)一步提高圖像質(zhì)量提供了幫助。

1 數(shù)字全息術(shù)原理及相關(guān)技術(shù)理論

1.1 全息術(shù)原理

全息技術(shù)是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中的一種再現(xiàn)技術(shù)，其依據(jù)原理主要利用干涉和衍射原理，向人們呈現(xiàn)一種立體感強、形象生動的三維圖像技術(shù)。全息技術(shù)原理再造的立體圖像相較于普通圖像而言，具有保存價值功能，可以對藝術(shù)品資料進(jìn)行收藏。全息術(shù)攝影技術(shù)主要包括激光束技術(shù)、360度全系顯示技術(shù)、空氣投影和交互技術(shù)。相較于激光束技術(shù)和空氣投影技術(shù)而言，360度全系顯示技術(shù)的危險系數(shù)較大，包含了未來科學(xué)技術(shù)以及特殊立體鏡片影像技術(shù)，不僅可以真正出現(xiàn)一種全方位、立體性的投影技術(shù)，還可以從360度觀看影像。

1.2 全息圖分類

全息圖可以分為兩大類：其一，同軸全息圖。其二，離軸全息圖。圖1是同軸全息圖的具體展示。一方面，就同軸全息圖優(yōu)勢而言，具有光路簡單特性，色差分布范疇小。記錄借助分辨率相對較高，因此可以用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。另一方面，同軸全息圖具有一定的劣勢，具體表現(xiàn)為透明度差、整體質(zhì)量不高等。但是隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，借助現(xiàn)代科技可以逐步彌補同軸全息圖的缺點。

圖1 同軸全息圖

通過合理分析和判斷，可以得出同抽全息圖振幅透過率：

垂直照明全息圖，如圖2所示：

圖2 垂直照明全息圖

衍射之后，結(jié)合理論原理。得出光場公式：

由圖例信息和公式可知：公式第一項和第二項所表達(dá)的含義相同，即表示為零級衍射潑。公式的第三項和第四項分別表示為同軸全息圖的虛擬圖象或者原始圖形、同軸全息圖的實像。構(gòu)成孿生像的主要元素為實像、虛像。

1.3 原理剖析

相較于傳統(tǒng)全息技術(shù)而言，在介質(zhì)方面，數(shù)字全息技術(shù)存在本質(zhì)差別。數(shù)字全息技術(shù)是數(shù)字化技術(shù)、現(xiàn)代信息技術(shù)和科學(xué)技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，在一定程度上推動了數(shù)字化時代和現(xiàn)代信息技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展。另外，找光影平面處理技術(shù)方面，數(shù)字化全息技術(shù)可以實現(xiàn)數(shù)值模擬全息圖像處理和全息圖的再現(xiàn)等。三維成像的操作原理步驟如下：首先，在計算機(jī)平面圖畫上形成一個虛擬圖象，虛擬圖象是由于真實3D物體在3D輪廓傳感器中的一種真實映射。其次，利用數(shù)據(jù)點云和計算機(jī)計算出3D圖象的全息圖，參考虛擬參考光原理。最后，采用CCD等光電圖象傳感器實現(xiàn)3D虛擬圖象的數(shù)字全息圖，結(jié)合實際參考光學(xué)原理和空間光調(diào)制器實現(xiàn)物體的3D再現(xiàn)像。

2 數(shù)字圖象處理技術(shù)簡要分析

數(shù)字圖象處理技術(shù)是現(xiàn)代信息技術(shù)的產(chǎn)物，是一種二維信息技術(shù)和數(shù)字全息3D圖象再現(xiàn)技術(shù)。數(shù)字圖象處理技術(shù)主要以計算機(jī)作為處理圖象的平臺之一，在計算機(jī)中，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的儲存和數(shù)據(jù)圖象信息的分析，其優(yōu)勢在于數(shù)據(jù)信息處理速度較快。但是該種技術(shù)具有明顯缺點，儲存空間小。隨著科學(xué)技術(shù)和現(xiàn)代信息化的發(fā)展，數(shù)字圖象處理技術(shù)具有融合圖像增強和圖象傳輸、圖象壓縮等方面的功能。數(shù)字圖象處理技術(shù)主要運用于計算全息、提高數(shù)字全息圖質(zhì)量算法。就計算全息而言，利用計算機(jī)計算數(shù)字全息是指通過對3D全息數(shù)據(jù)抽樣、計算、編碼，并最終實現(xiàn)數(shù)字全息圖像的目的。其外在表現(xiàn)形式主要是以計算機(jī)圖形學(xué)和傳統(tǒng)全息術(shù)作為基礎(chǔ)，根據(jù)現(xiàn)代投影技術(shù)和數(shù)字再現(xiàn)原理記錄實際不存在的物體。就數(shù)字全息圖質(zhì)量的各種算法而言，數(shù)字圖象處理技術(shù)可以有效提高全息圖質(zhì)量的算法。其外在表現(xiàn)形式主要是以計算機(jī)作為有效載體，通過圖象增強畫面真實感、利用圖象恢復(fù)3D數(shù)據(jù)、利用圖形編碼技術(shù)提高3D數(shù)據(jù)的算法。這種形式不僅大大提高了數(shù)字全息圖像的整體質(zhì)量，還將卷積運算、灰度處理、頻域濾波、數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)通過再現(xiàn)技術(shù)將難度降低到最小化。

3 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)算法和數(shù)字全息處理技術(shù)得到逐步提高。但是相較于國外發(fā)達(dá)國家而言，我國的數(shù)字全息技術(shù)還處于發(fā)展的初步階段。具體表現(xiàn)為CCD分辨率較低、受環(huán)境影響較大、數(shù)字全息技術(shù)不夠成熟等。因此需要相關(guān)科研人員進(jìn)行更深入的研究，從而實現(xiàn)高CCD分辨率、提高數(shù)字全息技術(shù)操作水平的目的。

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