全息显示技术的研究论文

引言 光全息学是在现代激光的发现之后才迅速发展起来的，本文将就光全息学的一些主要的研究课题进行探讨，并针对一些应用课题进行研究。现代光全息学的起源,发展和人物,新型应用,本文将告诉你. 利用干涉原理，将物体发出的特定光波以干涉条纹的形式记录下来，使物光波前的全部信息都储存在记录介质中，这样记录下来的干涉条纹图样称为“全息图”，而当用光波照射全息图时，由于衍射原理能重现出原始物光波，从而形成与原物体逼真的三维象，这个波前记录和重现过程称为“全息术”或“全息照相” 光束全息照相由盖伯于1948年提出的，而当时没有足够强的相干辐射源全息研究处于萌芽时期。当时的全息照相采用汞灯为光源，且是同轴全息图，它的+/-1级衍射波是分不开的，即存在所谓的“孪生像”问题，不能获得很好的全息像。这是第一代全息图。1960年激光的出现，1962年美国科学家利思和乌帕特尼克斯将通信理论中的射频概念推广到空域中，提出离轴全息术，他用离轴的参考光照射全息图，使全息图产生三个在空间互相分离的衍射分量，其中一个复制出原始物光，第一代全息图的两大难题因此得以解决，产生了激光记录，激光再现的第二代全息图。当代光全息学发展主要课题有：1. 球面透镜光学系统2. 光源和光学技术3. 平面全息图分析4. 体积全息图衍射5. 脉冲激光全息学6. 非线性记录，散斑和底片颗粒噪声7. 信息储存8. 彩色全息学9. 合成全息图10. 计算机产生全息图11. 复制，电视传输和非相干光全息图而伴随光全息学的发展也产生一些光全息技术应用，比如高分辨率成像，漫射介质成像，空间滤波，特征识别，信息储存与编码，精密干涉测量，振动分析，等高线测量，三维图象显示等方面的用途。本论文将就当代光全息学的研究与应用两大课题进行学术研究一． 当代光全息学研究 球面透镜不仅能形成光振幅分布的影象，而且易形成该分布的傅立叶变换图形。因此，用一个简单透镜可使物光在全息平面上成为某原始图形的傅立叶变换。存储在全息图中的变换所具有的特性，在光学图形识别中有重要的应用。透镜，作为形成影象的器件，可以在全息术中用来构成像面全息图。一个透镜可以形成：a.傅立叶变换和b.输入复振幅分布的影象 由于利用激光光源来制作全息图片，使得全息学开始成为一门实用的学科。对形成全息图所用光源提出的要求取决于由于物体和必要的光学部件的安排所决定的参数。从单一光源取得物波和参考波有如下图所示两种普通方法：A. 分波前法B. 分振幅法 在光源与全息图之间（通过物表面或参考镜的反射）传播的光线的最大光程差必须小于相干长度。激光的相干性与激光器的振荡模式有关，就全息术而论，它要求在任一个横模振荡的激光器的空间相干的辐射，由于高介模的振荡较不稳定，并有以两个或者多个模式同时振荡的倾向，因此最好的振荡模式是最底阶的模式。激光束的输出功率必须分成物体照明波和参考波。若物体要求从不止一个角度（以消除阴影），就需要将激光束分成好几束，一般采用分振幅法，因分振幅法能产生较均匀的照明，而且对光束的展宽要求小，既可以在分配前也可以在分配后展宽。平面全息图分析用非散射光记录的共线全息图上的条纹间隔与感光乳剂的厚度相比为较宽的。照明这张全息图的波前中的一条光线在通过全息图前只和一条记录条纹相互作用。因此全息图的响应近似于一个有聚焦特性的平面衍射光栅。加伯在分析这些特性时是把这样的全息图严格地当作二维的。用对二维模型分析的结果也很符合实验观察。在应用利思与乌帕尼克首先采用的离轴技术所得到的全息图上，其条纹频率则超过共线全息图，超过了量正比于物光束与参考光束之间的夹角。条纹间隔的典型值可以考虑由两平面波的干涉得到。正弦强度分布的周期d可以由下式决定：2dsinθ=λ, θ为波法线与干涉条纹间的夹角，波长λ，条纹间隔d式中当θ=15°，λ=微米（绿光）时，则d=1微米。记录离轴全息图的感光乳剂的厚度通常为15微米，实际上，在这样的乳剂中记录的全息图已不能当作是二维的了。因此重要的是要记录住平面全息图的分析结果只能准确地应用于使用相当薄的介质所形成的全息图。体积全息图衍射基本的体积全息图对相干照明的响应可以用偶合波理论来描述。假设有两个在yz平面传播的并具有单位振幅的平面波，其进入记录介质并进行干涉的情况，按折射定律，有sin /sin =sin /sin =nn为记录介质的折射率； 及 分别表示两个波在空气中与z轴的夹角； 及 则为两个波在介质中与z轴的夹角。布拉格定律可以用空气中的波长 ，全息片介质折射率 写成如下形式： 2dsinθ= / 体积全息图的特性由布拉格定律确定，因此对照明显示出选择响应。 二.光全息学典型应用高分辨率成像当一张全息图用与制作全息图参考光束共轭的光束照明时，在理论上能再现没有像差没有畸变的物波，其投影实象的分辨率仅受全息图边界衍射的限制。由于分辨率将随全息图尺寸的增加而增加。由于全息图可以做的很大，因此可以指望在现场大到5×5厘米时空间频率高到1000线/毫米。显然此种情况下放大率为1，但1：1的高分辨率投影成像，在集成电路的光刻工艺中有重要的潜在应用。将光刻掩模精密成象在半导体薄片上的工作，目前是用接触印象法来完成的。但这方法很快就会使模板损坏。用投影方法将影象转移到薄片上是一理想的可供选择的方法，但要非常优良和非常昂贵的镜头才能使投影的掩模象达到要求的分辨率和视场。当用相干光源照明制作全息图时，摄影乳剂的收缩，表面变形，非线性及洽谈噪声源的影响就更大了。它们可使图象产生斑纹，衬度降低和边缘模糊，这些缺陷又是用光刻法制作集成电路所不允许的。新的，更稳定的材料可能是这些问题的解答。特征识别由空间调制参考波形成的傅立叶变换全息图的许多特性，曾被范德鲁等人用于特征识别。他们采用全息法作成的空间滤波器完成了“匹配滤波”在特征识别中的应用。匹配滤波与概念，形成与应用可由下图说明 当要把形成的空间滤波器作为特征识别时，在输入平面内z轴上方部分是一个由平面波透明的，在不透明背景上包含M个透明字符的透明片。我们将这一组字符阵列的透过率表示为 这里所有字符均围绕 点对称分布， 是阵列中的一个典型字符，其中心在 点。另外，在输入平面内 处，有一光强度为 δ 的明亮的点光源,并在空间频率面εη面上形成一张傅立叶变换全息图。这一全息图可以看作是t 与δ函数形成的平面波干涉的记录。但是当全息图完成识别功能时，仅由透过t的一小部分，即通过入射平面内的一个或几个字符的光所照明，我们将会看到，在输出平面上我们所关心的再现，是表示识别结果的一个明亮的象点。信息储存与编码全息图既可以存储二维信息也可以存储三维信息。信息可以是彩色的或者编码的，图象的或者字母数字的；可以存储在全息图的表面，或存储在整个体积中；可以为空间上分离的，或者重叠的；可以是永久记录或者是可以消象的。记录的内容可以是彼此无关的或者相互成对的；可以是可辨认的影象或似乎是无意义的图形。现代光全息学的发展前景十分广阔,而其实用技术必然会实现普及,有识之士当携手共同研究以促进社会进步.

全息技术的发现是物理学的一项重大突破，尤其是计算机技术的普遍应用为全息技术的发展提供了一定的平台。如果能将计算机的影象处理技术应用在全息学中，将会大大提高工作效率。下面是我给大家推荐的，希望大家喜欢!

《计算机影象处理在全息学中的应用》

[摘 要]全息技术的发现是物理学的一项重大突破，尤其是计算机技术的普遍应用为全息技术的发展提供了一定的平台。在全息技术中包含着两个重要的部分，一是CCD，一是计算机的影象处理技术。因此，本文主要通过对计算机影象处理技术在全息学中的应用情况进行细致的分析，希望能能够给相关的工作人员提供一定的借鉴。

[关键词]计算机 影象处理技术;CCD;全息学

随着全息技术的不断发展，在社会发展的各个领域都有所应用，特别是随着计算机技术以及CCD技术的发展，全息技术也实现了突飞猛进的发展。全息技术也由光学全息转变成了数字全息。这两种方式存在着较大的差异。对于光学全息来说，主要是利用物光和参考光来对光的振幅以及资讯进行干涉，而数字的全息则是利用CCD技术来形成一定的数字全息图。然后经过计算机技术对其进行处理。因此，对计算机图形进行处理涉及到很多方面，如果能将计算机的影象处理技术应用在全息学中，不仅会大大提高工作效率，同时也会增强测量的准确度。

1、影象处理技术概述

影象也是一种语言，通过影象人们可以获取更多的资讯。在日常生活中，人们为了取得一定的影象资讯，需要采用多种技术和方法。对于影象本身来说，可以有多种形式，无论是可视的还是不可视的，抽象的还是具体的，都包含在影象的两大类中。意识模拟影象，一是数字影象。模拟影象的种类繁多，其中较为常见的光学影象、照相影象以及电视电影的影象等都属于模拟影象。其有点事处理速度较快，但是也具有一定的缺点，比如灵活性较差。对于数字影象来说，主要是将模拟图形离散化之后形成的影象型别，这种影象可以满足计算机的识别系统。计算机影象处理技术主要是通过计算机处理系统来对影象讯号进行转化，使之成为数字讯号，然后再进行一定的处理。这种影象处理方式具有很多优点，其中速度较快，可以保证影象的失真率，很容易进行储存和传输，而且不会受到其他因素的干扰。基于这些特点，计算机影象处理技术在航空、自动化以及导航等方面进行了广泛的应用，受到了业界的一致好评。

2、影象处理技的具体表现

具体来说，影象处理技术就是将影象进行转化，变成数字矩形的状态，然后利用固定的演算法对其进行处理。在此过程中要设计到数学的相关内容以及设计形式。但是影象处理仅仅是一个笼统的概念，应用的不同的领域中就会产生不同的分支。主要表现在以下几个方面：

第一，影象数字化。将影象进行数字化的处理，主要是为了更好地满足计算机系统对影象的识别，然后进行以下的影象处理工作。

第二，影象的增强和复原。这一环节主要是对影象进行美化处理，用相应的装置和技术对影象中的有用资讯进行储存，祛除一些干扰部分，增强影象的完整性和清晰度，最后要对影象进行储存。

第三，影象编码。对影象进行编码的前提条件是确保影象的真实性。对其进行编码也是为了对其进行压缩，使得影象达到简化的目的，这样会更容易对其进行储存和传输。

第四，影象重建。这种方法主要是利用已经采集的资料来进行影象的重组，其中应用到的方法较多，较为常见的有代数法、反投影法以及卷积反投影法等等。对于影象进行重建需要一定的技术和技巧，因此对工作人员提出的要求较高。

第五，模式识别。模式识别是最重要的一个环节，是图形处理技术的核心。较为常见的是对指纹或者是面部进行识别。这一处理方式对技术提出了较高的要求，如果对技术的处理不当就会出现一些失误，影响到整个影象的处理工作。

第六，计算机图形学。这种技术具有一定的抽象性，主要是对实际中不存在的事物进行处理，通过计算机技术将这些事物转化为影象的像是，然后在计算机系统中加以显现，这就是通常所说的计算机图形学。

3、计算机影象技术在全息学领域的应用

随着时代的发展，在不同的年代会采用不同的影象处理技术，这也和科技的发展有着直接的关系。而且对于影象的传输速度也在准建加快。计算机影象处理技术得到了突飞猛进的发展，对于图片的质量和图片的传输和储存都采用了较为先进的手段。

由于计算机影象处理是以计算机软硬体为基础的，所以计算机图象处理技术真正大发展是在八十年代后，随着计算机技术的高速发展而迅猛发展起来。时至今日，计算机图象处理在医遥感及工业自动化领域的应用越来越多，大到科研、国防军事，小至人们生产生活的方方面面。现在人们可以实现声音、文字、影象相结合的多媒体通讯。经过多年的发展，我国在计算机影象处理技术上有了很大的发展。在理论研究和实践应用上已逐步赶上或接近发达国家的水平，在资料获取能力方面。成功研制出了一系列感测器，发射了众多对地观测卫星，组成了风云、海洋、资源和环境减灾等对地观测卫星体系。

全息技术的下一步发展就是3D全息成像及其传输。它类似一种立体的影像投射，其介质为空气。这是利用干涉和衍射原理记录并再现物体真实3D影象的手段演化而来的。而最新的近乎实时传送水平的3D全息成像技术，即“全息网真”，可以提供真人大小的影象、超高清晰度的视效、具有立体感和特殊设计的环境，营造出一种让身处不同地方的人能身临其境的场所，实现所谓的“咫尺天涯”。其可以在一个地点记录下3D影象，然后实时地显示在地球任何位置。该技术最简单直接的用途是将淘汰掉全息视讯会议，还能使观众在欣赏3D全息影像时，无需佩戴特殊眼镜和任何辅助装置。

计算机影象处理技术在全息中的应用主要有以下两个方面：1计算全息。基于计算机图形学将计算机技术与光全息技术结合起来，通过计算机模拟、计算、处理，制作出全息图。2利用影象的增强和复原。影象编码技术等对数字全息影象质进行提高以及实现的各种演算法。它的应用大致可以分为两大类，即空域法和频域法：空域法，这种方法是把影象看作是平面中各个画素组成的 *** ，然后直接对这一二维函式进行相应的处理。空域处理法主要有下面两大类：1领域处理法。其中包括梯度运算、拉普拉斯运算元运算。2点处理法。包括灰度处理，面积、周长、体积和重心运算等等。3频域法：数字影象处理的频域处理方法是首先对影象进行正交变换，得到变换频域系列阵列，然后再施行各种处理，处理后再反变换到空间域，得到处理结果。这类处包括：滤波、资料压缩和特征提取等处理。

4、结束语

综上所述，计算机影象处理在全息技术中的应用是全方位的，用实验方法得到的全息图中包含了更多的其他无用资讯，影象处理技术在这里就显得尤为重要。随着计算机影象处理技术的进一步发展，全息技术必然有更大的发展。

参考文献

[1] 翁嘉文，钟金钢.加窗傅立叶变换在三维形貌测量中的应用[J].光子学报，2004，2411：1511-1515.

[2] 刘诚，李银柱，李良玉等.数字全息测量技术中消除零级衍射像的方法[J].中国镭射，2001，A2811：1024-1026.

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