數字全息3D圖像再現 的方法論述

劉冬爾 湖南省長沙麓山國際實驗學校

數字全息3D圖像再現 的方法論述

劉冬爾 湖南省長沙麓山國際實驗學校

當今社會是一個全球化、信息化的時代，社會的不斷進步以及科學技術的不斷發展不僅推動了現代計算機網絡技術的發展，還大大促進了計算機網絡技術在光學領域的廣泛運用。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。

數字全息 3D圖象 相移數字全息

與普通光學技術相比較，數字全息技術具有顯著優勢，具體表現為經濟成本低、靈活性高、速度快等。因此數字全息技術被廣泛應用于醫學領域和全息防偽領域。數字全息技術在各個領域的應用，不僅可以方便人們的生活與工作，還可以進一步推動光學技術的發展。隨著現代科學技術的發展和現代信息技術在各個領域的普及，諸多科學家們對數字全息技術展開了激烈討論，并分析了光能利用率問題、制定了具有針對性的策劃方案，從而為進一步提高圖像質量提供了幫助。

1 數字全息術原理及相關技術理論

1.1 全息術原理

全息技術是現代科學技術中的一種再現技術，其依據原理主要利用干涉和衍射原理，向人們呈現一種立體感強、形象生動的三維圖像技術。全息技術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，可以對藝術品資料進行收藏。全息術攝影技術主要包括激光束技術、360度全系顯示技術、空氣投影和交互技術。相較于激光束技術和空氣投影技術而言，360度全系顯示技術的危險系數較大，包含了未來科學技術以及特殊立體鏡片影像技術，不僅可以真正出現一種全方位、立體性的投影技術，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，因此可以用于醫學領域。另一方面，同軸全息圖具有一定的劣勢，具體表現為透明度差、整體質量不高等。但是隨著現代科技的發展，借助現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

相較于傳統全息技術而言，在介質方面，數字全息技術存在本質差別。數字全息技術是數字化技術、現代信息技術和科學技術發展的產物，在一定程度上推動了數字化時代和現代信息技術的進步與發展。另外，找光影平面處理技術方面，數字化全息技術可以實現數值模擬全息圖像處理和全息圖的再現等。三維成像的操作原理步驟如下：首先，在計算機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，利用數據點云和計算機計算出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3D虛擬圖象的數字全息圖，結合實際參考光學原理和空間光調制器實現物體的3D再現像。

2 數字圖象處理技術簡要分析

數字圖象處理技術是現代信息技術的產物，是一種二維信息技術和數字全息3D圖象再現技術。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，可以實現數據的儲存和數據圖象信息的分析，其優勢在于數據信息處理速度較快。但是該種技術具有明顯缺點，儲存空間小。隨著科學技術和現代信息化的發展，數字圖象處理技術具有融合圖像增強和圖象傳輸、圖象壓縮等方面的功能。數字圖象處理技術主要運用于計算全息、提高數字全息圖質量算法。就計算全息而言，利用計算機計算數字全息是指通過對3D全息數據抽樣、計算、編碼，并最終實現數字全息圖像的目的。其外在表現形式主要是以計算機圖形學和傳統全息術作為基礎，根據現代投影技術和數字再現原理記錄實際不存在的物體。就數字全息圖質量的各種算法而言，數字圖象處理技術可以有效提高全息圖質量的算法。其外在表現形式主要是以計算機作為有效載體，通過圖象增強畫面真實感、利用圖象恢復3D數據、利用圖形編碼技術提高3D數據的算法。這種形式不僅大大提高了數字全息圖像的整體質量，還將卷積運算、灰度處理、頻域濾波、數據壓縮技術通過再現技術將難度降低到最小化。

3 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圖象再現算法和數字全息處理技術得到逐步提高。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。具體表現為CCD分辨率較低、受環境影響較大、數字全息技術不夠成熟等。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、提高數字全息技術操作水平的目的。

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[2]馬建設等.數字全息三維顯示關鍵技術與系統綜述[J].光學精密工程,2012,05:1141-1152.