全息成像的研究(17)

博士论文全息成像的研究

３光学全息与计算全息方法

光学全息图采用物波与参考光波的干涉法在记录介质上记录光波和参考光波叠加后形成的干涉条纹，这种条纹称为全息图。全息图记录的是物波的振幅和相位，重现的是物光波，不是一对或几对立体图像，它包含了物体全部的深度信息。利用参考光与全息平面之间的夹角不同，或者利用光源特性和光的几何成像原理，可形成不同种类的全息图，目的是以不同效果重现物体的原样，但这些显示都是静态的。计算全息则无须物体的客观存在，舍去了光全息术的物理干涉过程，直接对物波的数学描述进行编码，生成全息条纹。计算全息的这一特点，使全息技术与计算机技术、数学方法的结合成为可能。用计算机对光全息进行数值计算，光信息必须被离散化成为数字信号，这样，光信息处理过程就转化为数字信号处理问题。数字信号处理与光信息处理在处理手段上有着相关性。如快速傅立叶变换（ＦＦＴ）、信号的卷积与相关、小波变换等均在光信息处理中有着广泛的应用。由计算全息生成的全息条纹可以转化为电信号，因此，全息图可以图像形式或以电信号形式送入空间光调制器，使全息图的生成与图像的重现同时完成。在全息显示中，全息图的生成在技术实现上大致分为以下几类：

（１）利用感光胶片记录全息图。

（２）利用新型材料Ｐｏｌｙｍａｒ记录全息图。

（３）利用激光刻蚀技术在金属膜上生成基元全息素全息图。

（４）将计算机生成的计算全息图以电信号形式送入ＬＣＤ、液晶光阀或声光调制器

ＡＯＭ等空间光调制器中，生成动态全息图。

以上方法中唯独方法（４）可生成动态全息图。因此，计算全息是实现动态全息显示的基础。

本章首先介绍光全息的基本原理和方法。然后介绍了计算全息中的傅立叶变换全息图的生成和编码方法，特别介绍了ＭＩＴ研究员Ｌｕｃｅｎｔ提出的改进型的基于干涉的全息图计算方法，并用我们的软件工具，给出了空间点光源的全息图的计算与显示。用适合计算机快速处理的算法一模拟退火算法实现了二维图像的全息图和显示。由于三维图像可分割为一系列二维图像切片的叠加，所以用傅立叶变换全息图和拟退火算法生成的全息图也可实现一个三维图像的显示【ｎＩ。ｔ９