數字全息3D圖像再現的方法論述

張 凱,董志鵬（江西凱天動漫有限公司, 江西 萍鄉 337000）

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數字全息3D圖像再現的方法論述

張 凱,董志鵬
（江西凱天動漫有限公司, 江西 萍鄉 337000）

摘 要：本文以數字全息技術原理及相關理論作為出發點，分析了數字圖象處理技術，并從相移數字全息原理和相移數字全息計算方法等方面探討了基于相移數字全息技術的圖像再現，以期為能夠真實再現原物信息的全息顯示技術提供一些參考和意見。

關鍵詞：數字全息；3D圖象；相移數字全息

數字全息技術相較于普通光學技術而言，具有成本低、靈活運用、速度快、儲存空間大、實時處理等優勢。因此數字全息技術可以廣泛運用于醫療美容、特征辨別、外貌檢測和全息防偽等各種領域，對人們的生活和工作提供了極大的便利。隨著現代信息技術和網絡技術在光學領域的普及與發展，許多學者就如何提高光能利用率和真色彩顯示問題展開了相關討論，并結合實際提出了最優方案策劃，以達到實現圖象質量的目的。

1 數字全息術相關技術理論

（1）全息圖的分類。全息圖根據不同的分類方法分為同軸全息圖和離軸全息圖兩種類型。就同軸全息圖而言，如題1所示，一方面，同軸全息圖具有光源低、穩定性高、光路簡單、色差趨向小、記錄介質分辨率高等優勢。另一方面，同軸全息圖具有襯比度低、質量整體性不高、孿生全息像分辨率低、透明度效果差等劣勢。但是隨著科學技術的發展以及網絡信息化腳步的加快，同軸全息圖的缺點利用科學技術平臺得到大大改善。

通過科研人員線性記錄可以得出同軸全息圖振幅透過率為：

假設AC表示全息圖的再現光潑，在現光潑得出垂直照明全息圖，如圖2所示：

衍射之后的光場表達公式為：

由衍射之后的光場表達公式可以得出，公式的第一項表示為同軸全息圖的零級衍射潑，公式的第二項也為同軸全息圖的零級衍射潑，公式的第三項表示為同軸全息圖的虛擬圖象或者原始圖形，公式的第四項表示為同軸全息圖的實像，實像與虛擬圖象構成孿生像。

（2）數字全息原理。相較于傳統全息技術而言，數字全息技術在介質上與傳統全息技術有著本質的不同。數字全息技術是數字化技術發展的產物，在一定程度上推動了數字化時代的進步。另外，數字全息處理技術可以在光影平面內部實現數值模擬全息圖像，并利用計算機作為有效載體實現全息圖的再現。以計算機作為有效平臺的方法是通過植入函數以及光調制器入射光，最終向人們呈現一種全新的、立體的三維成像。

2 數字圖象處理技術

數字圖象處理技術作為數字全息3D圖象再現的一種主要處理技術，是有效處理數字圖象二維信息和電子穩像的現代化科學技術。數字圖象處理技術主要以計算機作為處理圖象的平臺之一，在計算機中分析處理3D圖象信息數據，并在儲存數據模塊處理3D圖象的二維信息。但是計算機存儲數據模塊在處理3D圖象方面具有計算機儲存量小、信息量過大等缺點。

3 基于相移數字全息技術的圖像再現

（1）相移數字全息原理。相較于數字圖象處理技術而言，相移數字全息技術依據的原理主要是根據相移干涉法作為基礎，將數字全息技術結合而成的一種數字全息3D圖象再現技術。最早運用于圖象投影、圖象處理是在1997年，由 Ichirou Yamaguchi 和 Tong Zhang兩位科學家提出。相移數字全息原理以相移干涉原理作為依托，在計算機內部實現記錄全息圖復振幅，然后經過相關技術人員的處理將虛擬圖象轉換為數字全息圖再現。

（2）相移數字全息再現算法。隨著社會的不斷發展以及科學技術的不斷進步，相移數字全息技術算法得以不斷提升。目前，運用比較廣泛的相移數字全息再現計算方法主要有四步相移法、三步相移法和兩步相移法。

就四步相移法而言，一般在計算四步相移公式時，要假設參考光為相移量為θ，復振幅為那么全息干涉圖的強度分為用公式表達為：

就兩步相移算法而言，一般我們在計算兩步相移公式時，要假設參考光為相移量為O，在CCD光敏面上紀律全息公式和全息裝置圖。根據兩步相移數字全息裝置圖可以得知在CCD記錄面上加入了快門裝置，K1和K2分別表示物光合參考光在平面中的快門裝置。參考光強度表示為：物光強度表示為：

4 結束語

隨著科學技術以及數字全息化技術的不斷進步，數字全息3D圖象再現算法得到逐步提高。但是相較于國外發達國家而言，我國的數字全息技術還處于發展的初步階段，CCD分辨率較低、記錄數字全息裝置圖會受到激光環境的影響等一系列限制因素導致我國的數字全息技術還不夠成熟。因此需要相關科研人員進行更深入的研究，從而實現高CCD分辨率的目的。

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DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.02.253