全息成像的研究(6)

博士论文全息成像的研究

１引言

１．１研究背景

人类获得的信息约８０％来自视觉，人们对视觉的要求几乎是无止境的。物质世界中的对象都是三维的，人们对物质构成的分子级、细胞级、多维场的数据可视化、人机交互、虚拟装配、虚拟加工、三维艺术、娱乐等提出了真三维显示的要求。目前表达可视信息的主要手段是二维的，包括图纸、显示屏。二维图像的显示技术虽然在多方面满足了人们的需要，但由于缺乏临场感，自然界的真三维特征无法重现。用二维表现三维物体时必须做投影，在投影中失去了很多的三维信息，由照相机和ＣＣＤ摄象机获取的图像信息，只记录了表示物体明暗的强度，无法记录表示物体深度的相位，虽然人们采用了各种方法来增加图形的真实惑，在计算机图形学中采用了消除隐藏线＼面、明暗＼阴影处理等技术，这些技术产生了一定的三维效果，但不是包括全部深度感的真三维图像，计算机图形只能生成平面图像，虽然能绘制“三维图像”，人类视觉系统（ＨＶＳ）看到的仍然是平面像素。１９世纪中叶，照相技术的发明使得人们对三维显示技术有了研究，主要有体祝镜、视差挡板、集成照相，投影式三维显示，但这些技术只能提供全部深度感中的一种或几种，不是真正的三维显示技术。真正的三维显示技术，应该提供全部深度感，而光全息技术就是这样一种技术，它是由科学家ＤｅｎｎｉｓＧａｂｏｒ在１９４８年发明的，它实现了物体的三维信息的记录与三维影像的重现１６Ｉ。

光全息方法一般分为记录与重现两个过程：一个刚体被一束相干光束照射，用相干的参考光准直的去干涉刚体发出的散射光，所产生的微小的干涉模式（条纹模式）被记录到高分辨率的光敏介质上（例如感光胶片）。记录的干涉模式不仅包含了物体的强度信息，还包含了物体的相位信息，物理上称为记录了物体的物波波阵面，或称全息图。因此，一个二维全息图包含了物体三维信息。重现时，用相同的干涉光照射冲洗后的胶片，则记录的条纹会衍射照明的光束，形成三维图像。它看上去和原物一样。条纹能衍射光是因为它的特征大小一般在可见光的波长量级（大约０．５ｍｍ）。由于这样微小的分辨率，条纹模式包含无数的信息量——每平方毫米大约１亿可分辨的特征，远远超过人类的视觉分辨率（ｈｕｍａｎｖｉｓｉｏｎｓｕｌｏｆｉｏｎ简称ＨＶＳ）１１１ｏ光全息虽然能实现物体的三维显示，但分为波阵面记录与重现这两个独立过程，无法满足动态、实时的需求。早在１９６４年，研究者７