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数字全息再现

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数字全息技术研究

数字全息技术研究


数字全息技术的应用
工业检测
数字全息技术可以用 于工业检测领域，如 机械零件的表面质量 检测、电子元件的微 观结构检测等。通过 数字全息技术，可以 快速、准确地获取物 体的三维图像，提高 检测的效率和精度
数字全息技术的应用
数字全息技术的应用
医疗诊断
数字全息技术可以用于医疗诊断领域，如口腔医学、眼科医学等。通过数字全息技术，可 以获取人体内部的高清三维图像，为医生提供更准确的诊断依据
数字全息技术的原理
物光的再现
物光的再现是通过光的相干性实现的。当用相同的光源照射全息图时，全息图会散射出与 原始物光相同的衍射光，形成物光的再现。这个再现的物光可以被观察到，作为物光的第 二步记录
数字全息技术的原理
数字全息技术的原理
再现像的观察
再现像的观察是通过光学成像系统实现的。当用光学成像系统将再现的物光投射到屏幕上 时，可以看到与原始物体相似的三维图像。这个图像可以被捕捉并记录下来，作为物光的 第三步记录
20XX
数字全息技 术研究
-
1 数字全息技术的原理 2 数字全息技术的应用 3 数字全息技术的发展
数字全息技术研究
1
数字全息 技术研究 2
3
数字全息技术是一种利用数字信号来记录和重现物体 的三维图像的技术
它通过将物体照射在激光或其他相干光源上，产生干 涉图案，然后利用数字传感器记录干涉图案，再通过 计算机重建物体的三维图像
2
像速度和更广泛的应用领域
3
以下是数字全息技术的一些发展趋势
数字全息技术的发展
更高的分辨率
随着光学技术和计算机技术的不断发展，未来的数字全息技术将具有更高的分辨率，能够 提供更加清晰、细致的三维图像。这将有助于科学家更好地理解微观世界和复杂系统的规 律和现象
数字全息3D图像再现的方法论述

数字全息3D图像再现的方法论述

数字全息3D图像再现的方法论述本文以数字全息技术原理及相关理论作为出发点，分析了数字图象处理技术，并从相移数字全息原理和相移数字全息计算方法等方面探讨了基于相移数字全息技术的图像再现，以期为能够真实再现原物信息的全息显示技术提供一些参考和意见。

标签：数字全息；3D图象；相移数字全息数字全息技术相较于普通光学技术而言，具有成本低、灵活运用、速度快、储存空间大、实时处理等优势。

因此数字全息技术可以广泛运用于医疗美容、特征辨别、外貌检测和全息防伪等各种领域，对人们的生活和工作提供了极大的便利。

随着现代信息技术和网络技术在光学领域的普及与发展，许多学者就如何提高光能利用率和真色彩显示问题展开了相关讨论，并结合实际提出了最优方案策划，以达到实现图象质量的目的。

1 数字全息术相关技术理论（1）全息图的分类。

全息图根据不同的分类方法分为同轴全息图和离轴全息图两种类型。

就同轴全息图而言，如题1所示，一方面，同轴全息图具有光源低、稳定性高、光路简单、色差趋向小、记录介质分辨率高等优势。

另一方面，同轴全息图具有衬比度低、质量整体性不高、孪生全息像分辨率低、透明度效果差等劣势。

但是随着科学技术的发展以及网络信息化脚步的加快，同轴全息图的缺点利用科学技术平台得到大大改善。

通过科研人员线性记录可以得出同轴全息图振幅透过率为：假设AC表示全息图的再现光泼，在现光泼得出垂直照明全息图，如图2所示：衍射之后的光场表达公式为：由衍射之后的光场表达公式可以得出，公式的第一项表示为同轴全息图的零级衍射泼，公式的第二项也为同轴全息图的零级衍射泼，公式的第三项表示为同轴全息图的虚拟图象或者原始图形，公式的第四项表示为同轴全息图的实像，实像与虚拟图象构成孪生像。

（2）数字全息原理。

相较于传统全息技术而言，数字全息技术在介质上与传统全息技术有着本质的不同。

数字全息技术是数字化技术发展的产物，在一定程度上推动了数字化时代的进步。

另外，数字全息处理技术可以在光影平面内部实现数值模拟全息图像，并利用计算机作为有效载体实现全息图的再现。

增强数字全息再现像的数字方法及实验研究

增强数字全息再现像的数字方法及实验研究


处理方法 ， 并通过实验结果进行分析探讨。
关 键 司： 数字全息； 再现像； 数字图 像处理
中图分 类号 ： ０ ４ ３ ８ ． １
文 献标 识码 ： Ａ
文章编 号 ： １ ０ ０ ８ ９ ６ ５ ９ （ ２ ０ １ ３ ） ０ １ — ０ ０ ７ — ０ ４
数 字全息 技 术 于 １ ９ ６ ７年 由顾 德 门 （ Ｊ ．Ｗ．Ｇｏ ｏ ｄ ｍａ ｎ ） 提 出。它 的 记 录光 路 和 光学 全 息 基 本 相 同 ， 不 同 的是 它用光 敏 电子元 件 例如 Ｃ Ｃ Ｄ来代 替传 统 照相 干板来 记 录全 息 图 ， 并把 所 记录 的数字 全息 图输 入计 算
Ｖｏ １ ． ３ ２ ， Ｎｏ ． ２ Ｊ ｕ ｎ ． ２ ０ １ ３
２ ０ １ ３ 年 ６ 月
增强 数字全 息再现像的数字方法及实验研究
王先 明 ， 沈丽娜 ， 张泽 霞
（ 新疆师范大学 物理与电子工程学院， 新疆 乌 鲁 木 齐 ８ ３ ０ ０ ５ ４ ）
摘 要 ： 数字全息再现干扰像的 去除是影响其广泛应用的关键， 文章介绍了数字全息的 基本 原理和 增强其 再现像的数字
［ 收稿 Ｅ ｔ 期 ］２ ０ １ ２ —１ ２ —１ ５
［ 基金项 目］新疆师范大学优秀青年教师科研 启动基 金资助 （ ＸＪ ＮＵ０ ９ ２ １ ） ； 新疆 师范大 学新型发 光材料 与纳米微结 构重点 实验室基金 资
助。
［ 作 者 简 介 ］王 先 明 （ １ ９ ５ ８ 一） ， 男， 湖南 衡 山人 ， 教授， 主 要从 事 光 电信 息处 理 教 学 与研 究 。
息 面 上物 光和 参考 光叠 加后 的复 振 幅分 布为 ：
数字全息

数字全息


离轴数字全息系统
离轴数字全息记录
（1）
离轴数字全息记录
（2 ）
离轴数字全息记录
考虑到CCD在采样过程中的积分效应，则离散光强分布为：
CCD记录的干涉光强由数据采集卡采集并量化后送到计算机中保存，其结果是一个数字矩阵，即 数字全息图。
离轴数字全息再现
在数字全息中，再现过程并不需要实际进行，而是由计算机模拟光学全息中的再现过程，根据 衍射公式进行数值计算，从而获得物体光的复振幅分布。 数字全息再现过程分为两步： （1）用再现光波与全息图相乘，从而得到透过全息图的再现物体光； （2）根据标量衍射理论，数值模拟光波在自由空间的衍射过程，计算聚焦像平面的再现物体 光的数字分布，得到物体的光强分布和相位分布。
来自激光器的光波经分光镜分束后 变成两束光波，其中一束为物体光波， 该光波经反射镜反射并经扩束镜扩束后 照明物体，然后经物体漫反射后再垂直 照射CCD靶面；另一束为参考光波，该 光波经反射镜反射并经扩束镜扩束后直 接照射CCD靶面，参考光波相当于来自 物面上一点的球面参考光波。物体光和 参考光在CCD靶面由于相干叠加而形成 菲涅耳全息图。
和
END
离轴数字全息再现
用该再现光波照射全息图，即再现光波与全息图强图相乘，照射后的透射光波可表示为：
其离散形式为：
离轴数字全息再现
如果用卷表示，则可表示为：
式中
离轴数字全息再现
忽略exp因子，得
在离轴数字全息中，再现像在空间是分开的，因此如果仅考虑再现实像，有
其离散形式为
因此可得光强和相位分布分别为
数字全息
与光学全息一样，数字全息也包括记录和再现两个步骤：首先，物 体表面发出的物体光波与参考光波在CCD靶面发生干涉，其光强分布由 CCD记录，并送到计算机保存，其结果是一个数字矩阵，即数字全息图； 其次，由计算机模拟光波衍射来再现物体光波，通过数值计算，获得再 现光波的复振幅分布。
粒子场数字全息诊断中的再现算法研究

粒子场数字全息诊断中的再现算法研究


粒 子 场 数 字全 息诊 断 中的再 现算 法 研 究
徐 青 ， 曹 娜 ，黑 东炜 ， 曹 亮 ，马继 ，张 占宏 ，韩 长材 ，雷 岚 明
（ 北 核 技 术 研 究 所 ，陕 西 西 安 ７０ ２ ） 西 １ ０ ４
摘
要 ： 子场 的数 字全 息诊 断 中， 粒 良好 的 再现 算法 能够在较 短 的时 间 内给 出高质 量 的再现像 。 利
ｃ ｌｕｌｔｏ ｓ ｅ ａ ｔ ａ ｉｉｙ ｆ ｒ ｃ ｓ ｒ ｃ ｉ ｌ ｒ ｓｚ ｈｏ ｏ ａ ａｃ ａ ｉ ｎ ｐｅ ｄ ｎｄ ｈｅ ｂ ｌｔ ｏ ｅ ｏｎ ｔ ｕ ｔｎｇ ａ ｇｅ ｉｅ ｌ ｇｒ ｍｓ， Ｓ ｉ ｓ ｕ ｔ ｂ ｅ ｏ Ｏ ｔ ｓ ｉａ ｌ ｔ ｉ
用标 准 粒 子 板 模 拟 单 层 面 的 粒 子 场 ， 用 大 面 阵Ｃ Ｄ 实 现 同 轴 数 字 全 息 记 录 ， 到 了大 尺 寸 的 数 使 Ｃ 得
字全 息 图。针 对 ４种数 字全 息再 现算 法 ，本 文从 再现 图像 的质量 、再 现全 息 图的大 小和计 算速度
３个 主要 方 面进行 了比较研 究 ， 结果表 明角谱 算法 （ Ｆ — ）具有再 现 图像 背景均 匀， Ｆ Ｔ ＡＳ 再现 结 果 中无 物理 图像 压 缩 ，可以再现 大尺 寸 的全息 图且具有 较 快计算 速度 的优 点 ， 适合 于粒 子场ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ同轴数
第３ 卷 第 ６ １ 期
２１ ０ ０年 １ １月
应 用 光 学
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆＡｐ ｌ ｄＯｐｉｓ ｏ ｒ ａ ｐｉ ｔｃ ｏ ｅ
Ｖｏ ． １ Ｎｏ ６ １３ ．
ＮＯＶ． ２０１ ０
文章 编 号 ： ０ ２ ２ ８ （ ０ ０ ０ — ９ ９ ０ １０ —０ ２ ２ １ ）６０ ６— ５
全息技术——数字全息术发展现状及趋势

全息技术——数字全息术发展现状及趋势


① 直射光 （ 再现光 ） ~~~ A ep[ic ( x, y )]
② 原始像 （ 虚 像 ）
~ ③ 第三项 （实、或虚）~~~ C exp[ io ( x, y)]
~~~ B exp[ io ( x, y )]
膺像：凸、凹 正好相反 ！
五、全息图的实际应用：
1、全息图像显示：
* *
I A [ R( x, y ) O( x, y )][ R ( x, y ) O ( x, y )] I R I o 2 I R I o cos[ R ( x, y ) o ( x, y )]
I R I o 2 I R I o cos ( x, y)
光栅； 透镜； 波带片等。
5、光学信息处理技术：
图像识别； 图像的消模糊和边缘增强； 图像的假彩色编码。
六、全息技术的发展方向和趋势：
1、全息元件：
一些特殊作用的全息元件研制等。
2、全息加密技术：
如何进一步提高全息图的技术含量。
3、全息计量技术：（非线性曝光；增加光程差）
如何进一步提高测量的精度 ； 干涉条纹
。。。。（1）
等式（1）又可化为：
I ( I 0 , ) I 0 [1 V cos ( x, y)]
这里，（2）式中的
。。。（2）
I 0 I R I o 表示物光和参考光的强度
2 I R Io 之和， V 表示干涉条纹的反衬度。 I R Io
另外，根据光路结构参数，通过求解 ( x, y ) ， 可以得到干涉条纹的空间频率：
全息图片
全息图片
全息图片
四、全息过程的基本理论：
实验现象 1、基本理论
（1）记录过程：光波的干涉
数字全息术及其应用

数字全息术及其应用


数字全息术在安全监控、军事 侦察、通信加密等领域也有潜 在的应用价值。
未来发展方向
1
数字全息术需要进一步发展高分辨率和高灵敏度 的图像传感器和显示器，以提高图像质量和稳定 性。
2
数字全息术需要进一步研究高效的算法和计算技 术，以实现更快速的计算和数据处理。
3
数字全息术需要进一步探索与其他技术的结合， 如人工智能、机器学习等，以拓展应用领域和提 高应用效果。
防伪鉴别
利用数字全息技术可以生成具有唯一 性的光学防伪标签，用于产品的真伪 鉴别。
生物医学成像
显微成像
数字全息术可以用于显微成像，提供高分辨率的细胞和组织结构细节。
生物样品成像
利用数字全息技术可以对生物样品进行无损、无标记的成像，观察细胞和组织的结构和功能。
04
数字全息术面临的挑战与前 景
技术挑战
液晶显示生成全息术的优点在于其低成本和易于集成，适用于需要小型化和轻量 化的场合。此外，液晶显示还可以与其他技术相结合，如柔性显示技术等，实现 可弯曲的全息显示。
03
数字全息术的应用领域
光学信息处理
光学图像处理
数字全息术能够用于光学图像的 处理，包括图像增强、去噪、复 原等，提高图像的清晰度和质量 。
06
数字全息术的实际应用案例
数字全息术的实际应用案例 在光学信息处理中的应用案例
光学信息处理
数字全息术在光学信息处理领域的应用包括全息干涉计量、全息光学元件、全息存储器 等。通过数字全息技术，可以实现高精度、高分辨率的光学信息处理和存储，提高光学
系统的性能和稳定性。
3D显示
数字全息术在3D显示领域的应用包括全息投影和全息电视等。通过数字全息技术，可 以实现高清晰度、高逼真的3D显示，为观众提供沉浸式的视觉体验。
数字全息图再现的有关参数选取

数字全息图再现的有关参数选取

对 于普 通全 息 ， 数 字全 息 应 运 而 生ｌ ２ ］ 。 由 于对
数 字全 息是 利 用 如 Ｃ Ｃ Ｄ摄 像 机 等 数 字 光 敏 电 子元 件 来 记 录 全 息 图 ， 用计 算 机模 拟 光 学
全 息再 现过 程 ， 从 全 息 图再现 出原 物体 的形 貌 。 笔 者基 于菲 涅 尔衍射 理论 和 全息再 现 的原理 公
用 有一 定 的参考 和指 导作 用 。
１ 数 字 全 息 再 现 原 理
数 字全 息再 现过 程是 在计 算机 中以数字 的
形 式模 拟一 束再 现光 透 照到数 字化 全息 图后 得 到 其衍 射 场 ， 通 过 此 数 字 全 息 图 的衍 射 场 重 建 物 体 的再 现 像 的 过 程 ， 其 原 理光 路 与普 通 光 学
Ｍａ ｒ ． ２０ １ ４
２ ０ １ ４年 ３月
数 字全 息 图再 现 的有 关 参 数 选 取
张 敏 ， 冯 音 琦 ， 张 鹏 ， 冯 升 同。
（ １ ．北 京 工 业 大 学 机 电 学 院 ， 北京 １ ０ ０ １ ２ ４ ； ２ ． 北 京 石 油 化 工 学 院光 机 电装 备 技 术 北 京 市 重 点 实 验 室 ， 北京 １ ０ ２ ６ １ ７ ）
—
—
—
—
—
—
—
—
—
＋ ｌ／ 全息 图平 面
Ｌ ／ 接收屏平ｉ
／
图１ 全 息 图 再 现 光 路 示 意 图
） ， 硕士生， Ｅ — ｍ ａ ｉ ０ ： ｚ ｈ ａ ｎ ｇ ｍ ｉ ｎ ８ ６ Ｊ ￣
在 图 １中 ， 光 波 长 为 的一束 再 现 光 Ｃ沿
３ ２
实验数字全息及实时光学再现实验

实验数字全息及实时光学再现实验


无透镜傅里叶变换全息的优点 记录光路结构简单； 能够充分利用CCD的有限带宽 ； 允许的最小记录距离与被测量物体的大小成正比； 强度再现像准确、重建速度快；
实验内容与步骤
本实验系统对全息技术做出了全面地展示，具体有一定前沿性和综合性。如果 从全息角度区分，实验内容包括计算机模拟全息、数字全息、可视数字全息、 实时传统全息。如果从记录方式和光学再现方式的角度区分，实验内容可分为 数字记录，数字再现；光学记录，数字再现；数字记录，光学再现；光学记录 、光学再现。图—给出了实验内容的整体规划示意图。
北京工大
实验目的
1、 理解数字记录、光学记录、数字再现、光学实时再现 2、 理解计算模拟全息原理，实现数字记录，数字再现 3、 理解可视数字全息原理，在空间光调制器上加载计算模拟全 息图，利用再现光路恢复物信息，实现数字记录，光学再现 4、 理解实时传统全息实验原理，了解与传统全息之间的异同， 通过空间光调制器再现全息图，完成光学记录，光学再现 5、 探究数字全息在测量方面的应用
实共轭像复振幅
u1(xi ,
yi
)

exp
jk

2
z0
( xi

xr
)2

( yi

yr
)2

J1(xi ,
yi )
J1(xi , yi )

O ( fx ,
jk
f
y
)
R0
exp

2
z0
( xr2

yr2
)


exp

jk z0

O (
fx,
f y )R0
数字全息

数字全息


LOGO
数字全息
数字全息的原理
物光复振幅的提取
U O ( x, y )
U H ( , )
y
η
x
d
ξ
H
O
数字全息的坐标系统
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数字全息
数字全息的原理
设参考光在CCD表面的复振幅为 R ( , ) 则CCD表面的光强分布为：
2 2 2
IH U H R
2
27
39
47
1
20
31
46
0
50 example1
100 example2
150 example3
200
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180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 1 2 3 31 20 39 90 32 28 21 4 example3 47 46 43 35 45
数字全息
LOGO
数字全息
数字全息的概念 数字全息的原理 数字全息再现算法
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数字全息
数字全息的概念
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数字全息
数字全息的概念 数字全息用光电传感器件如CCD或CMOS摄
像机代替传统全息中的银盐干板来记录全息图 ，全息图以数字图像的形式被输入计算机，用
上的物波分布。 4、便于通过计算机编程来消除各种像差、噪声等因素对再现像的
影响，提高再现像的像质。
5、能定量的得到被记录物体再现像的振幅和相位信息，由此可以 得到被记录物体表形貌分布等信息，可方便地用来ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ行多种测量。
数字全息原理

数字全息原理


重现阶段
在重现阶段，记录下来的干涉图案被用作全 息图。一个与参考光束相同的激光束照射到 全息图上，产生一个复制品，称为全息图的 再现光束。这个再现光束与原始的物光孪生 光束不同，因为它缺少了物体的三维信息。 但是，当它通过一个合适的滤波器时，它可 以重新生成原始物体的图像
3
全息图的记录和重现
全息图的记录通常使 用干涉图案的数字表 示形式，这可以通过 一个数字传感器来实 现。在重现阶段，使 用一个激光束照射全 息图，并使用一个合 适的滤波器来提取原 始物体的图像。滤波 器的作用是从全息图 的再现光束中提取与 原始物体相关的信息
全息图的数字化处理
在数字全息中，全息图的数字化处理是非常重要的。数字化处理包括对全息图的傅里叶变 换、滤波和逆傅里叶变换等操作。这些操作可以提取出原始物体的图像，并将其恢复到原 始空间中的位置。此外，数字化处理还可以提高图像的对比度和清晰度，使其更易于观察 和理解
4
数字全息技术被广泛应 用于许多领域，包括科 学研究、医疗诊断、安
物体的图像
2
记录阶段
在记录阶段，物体被一个激光束照亮，并通过一个分束 器将激光束分成两个部分。一部分激光束直接照射到数 字传感器上，作为物光的参考光束。另一部分激光束通 过全息物体或物体的数字表示(如数字微镜器件或液晶 显示器)，产生物光的孪生光束。这两个光束在空间中 重叠，形成干涉图案，然后被数字传感器记录下来
01
它使用数字传感器来记录全息
图，并使用数字信号处理技术
02
来提取和恢复原始物体的图像
数字全息技术被广泛应用于许
04
多领域，包括科学研究、医疗
诊断、安全监控和娱乐等
03
数字化处理可以改善图像的质 量和清晰度，使其更易于观察 和理解

基于离散余弦变换最小二乘法实现数字全息再现像的相位解包裹

Ｇ ａ ． ｅ ，Ｃ Ｉ ｅ ｇ ， ｔ ｉ．ｉ ， Ｉ ａ．ｎ ＇ Ｅ Ｂ ｏｚ ｎ ｈ Ｕ ｎ Ｌ）Ｑ ｅｎ Ｐ ＷＥ ｏ１ Ｙ ｉ
（ ． ｏｅｅｏ ｒ ｉｏ ｓ ｕ ｅ ｔａ ｄＯ ｔｅ ｅ ｏｉ ｎ ｉ ｅｉ ，Ｔａｊ ｎｖｒ ｔ，Ｔａｊ ００ ２ ｈｎ ； １ Ｃ ｌｇ ｌ ｆＰ ｅ ｓ ｎＩ ｔ ｍ ｎｓ ｎ ｐｏｌ ｔ ｎｅ Ｅ ｇｎ ｒ ｇ ｉｎｉ Ｕ ｉ ｓｙ ｉ ｉ ３ ０ ７ ，Ｃ ｉａ ｃｉ ｎ ｒ ｅｒ ｓ ｅ ｎ ｎ ｅｉ ｎｎ
ｒ ｐ ｅ ｈ ｓ ．Ｔ ｉ ｅ ｕｔ ａ ｃ ｍｐ ｄ ｗ ｔ ｔ ｔ ｗ ａ ｐ ｄ ｐ ａ ｅ ｈ ｓｒ ｓ ｌ Ｗ ｏ ａ ｅ ｉ ａ ｐ ａ ｅｕ ｗ ａ ｐｎ ｙＤＣ ａｔｓ ｕ ｒ ｔ ｏ ，ａ ｄ ｕ ｔ ｅｓ ａ ｌｓ ａ ｓ － ｓ ｒ ｈ ｈ ｏ ｈ ｎ ｐ ｉｇ ｂ Ｔ ｌ ｓ ｑ ａ ｅ ｍｅ ｄ ｎ ｎ ｉ ｔ ｍ ｌ ｔ ｂ ｏ ｆ ｓ ｒ ｅ ｈ ｌｈ ｅ
ｌｔ ｖｌｅｄ ｅｅｃ ａ ｏｔｎｄ Ｔ ｅｐ ａ ａ ｅｐｏｅｓｄｏ ｔｅ ｒ ｎ ａｐｄｐａｅＷ ｋ ｎａ ｅ ｎ ｓ ｔ ｆ ｈ ｅ ｕ ａ ｉ ｒｎｅ ｓ ｂ ｉ ． ｈ ｈ ｅｖｌ ｒｃｓ ｈ ｉ ａｗ ｐ ｈ ａ ｔ ｅ ｔ ａ ｒ ｕ ａ ｅ ｕ ｆ Ｗ ａｅ ｓ ｕ ｅ ｆ ｏ ｇ ｌｒ ｅ ｉ ｓ ｓ ａ ｓ ｈ ｆ ｌ ｅｌ ｏ ｐｓ ｉ
ｄ ａｄｔ ｎｐ ｓｐｏｅｓ ｇ ｎｍ ｌ ａ ｔ ｒ ｈｐ ｆ ｒＷ ｄｅ ｒ ｄｃ ｄｔ ｏ ｅｐｎｉｇｐ ｎ ｏ ｔ ｒ ｎｌ ｏ ， ｎ ｅ ｏｔ ｒｃｓｉ ， ａ ｅ ， ｎｉ ｅｅ－ ｕ ｉ ｅｏ２ｒ ａ ａｄｄｔ ｏ ｅｕｔ ｅｃｒ ｓｏｄｎ ｉ ｅｏ ｇ ａ ｈ — ｎ ｙ ｎｇ ｍ ｌ ｓ ｏ ｄ ｅ ｈ ｒ ｏ ｔ ｈ ｉ ｆ ｉ

马赫-曾德干涉光路下的全息数字记录及其再现

第３１卷第５期大学物理实验Ｖｏｌ.３１Ｎｏ.５２０１８年１０月ＰＨＹＳＩＣＡＬＥＸＰＥＲＩＭＥＮＴＯＦＣＯＬＬＥＧＥＯｃｔ.２０１８收稿日期:２０１８￣０６￣２５文章编号:１００７￣２９３４(２０１８)０５￣００１７￣０４马赫￣曾德干涉光路下的全息数字记录及其再现李欣芫ꎬ赵梓言ꎬ付申成(东北师范大学ꎬ物理学师范专业国家级实验教学示范中心ꎬ吉林长春㊀１３００２４)摘要:搭建马赫￣曾德全息光路图ꎬ分别进行了数字全息的两个相关实验:光学￣数字全息(光学记录￣数字再现)ꎬ计算模拟全息(数字记录￣数字再现)ꎬ并对两个实验的结果进行分析加以对比ꎮ关键词:马赫曾德干涉ꎻ光学记录ꎻ数字记录ꎻ数字再现中图分类号:Ｏ４￣３４文献标志码:ＡＤＯＩ:１０.１４１３９/ｊ.ｃｎｋｉ.ｃｎ２２￣１２２８.２０１８.０５.００５㊀㊀１９４８年ꎬ英国物理学家ＤｅｎｎｉｓＧａｂｏｒ为提高电子显微镜的分辨本领ꎬ首次提出同轴全息照相ꎮ１９４９年ꎬＤｅｎｎｉｓＧａｂｏｒ提出了一种新的波前记录和再现方法 全息术[１]ꎮ由于传统全息术在利用干板记录全息图时必须要做化学湿处理ꎬ给实验操作带来了诸多不便ꎮ１９７１年ꎬＨｕａｎｇ进一步提出数字全息的概念ꎮ采用数字全息技术ꎬ不仅省去了繁琐的化学湿处理步骤ꎬ而且可以很方便地对生成的全息图进行图像处理[２]ꎬ同时减少或消除噪声等因素带来的的影响ꎮ其最大的优势是响应速度快㊁灵敏度高㊁能够记录运动物体的瞬时状态ꎮ近年来ꎬ数字全息在生物医学ꎬ粒子场测量等很多领域都得到了广泛应用[３]ꎮ２００６年ꎬＪｏｒｇｅＧａｒｃｉａ￣Ｓｕｃｅｒｑｕｉａꎬ等人介绍了一种可适用于研究海洋环境中蜉蝣生物运动的水下数字全息显微技术(ＤＩＨＮ)[１]ꎮ２０１７年ꎬＹａｓｕｈｊｒＴｓｕｃｈｉｙａｍａ等人提出了一种使用ＲＧＢ彩色滤光片的来生成高质量的全彩色大规模计算机全息图(ＣＧＨ)[４]ꎮ１㊀数字全息记录与再现的原理１.１㊀数字记录㊁数字再现数字全息技术分为两个步骤ꎮ首先利用光学干涉原理来记录物体振幅及相位信息ꎬ即记录过程ꎻ再利用光的衍射原理ꎬ对物体所含的光信息进行再现ꎬ即再现过程[４]ꎮ图１所示为数字全息图的记录及再现的坐标变换示意图ꎮ图１　数字全息图的记录及再现的坐标变换示意图㊀㊀物体位于物平面(Ｏｂｊｅｃｔ￣Ｐｌａｎｅ)上ꎬ数字相机在全息平面(Ｈｏｌｏｇｒａｍ￣Ｐｌａｎｅ)上记录物光与参考光在全息平面上的干涉光强分布ꎬ最后在成像平面(ＶｉｒｔｕａｌＩｍａｇｅ￣Ｐｌａｎｅ)上生成全息图ꎮ设位于物平面上的物光场分布为Ｕ０(ｘ０ꎬｙ０)ꎬ则全息平面上的光场记为:Ｏ(ｘꎬｙ)＝Ａ０(ｘꎬｙ)ｅｘｐ[ｊφ０(ｘꎬｙ)]其中ꎬＡ０(ｘꎬｙ)和φ０(ｘꎬｙ)分别为物光波的振幅和相位分布ꎮ将到达全息平面上的参考光波记为:Ｒ(ｘꎬｙ)＝Ａｒ(ｘꎬｙ)ｅｘｐ[ｊφｒ(ｘꎬｙ)]其中ꎬＡｒ(ｘꎬｙ)和φｒ(ｘꎬｙ)分别为物光波的振幅和相位分布ꎮ则全息平面上全息图的强度分布为:ＩＨ(ｘꎬｙ)＝｜Ｕ(ｘꎬｙ)｜２＝｜Ｏ(ｘꎬｙ)＋Ｒ(ｘꎬｙ)｜２＝｜Ａ０(ｘꎬｙ)｜２＋｜Ａｒ(ｘꎬｙ)｜２＋２Ａ０(ｘꎬｙ)Ａｒ(ｘꎬｙ)ｃｏｓ[φ０(ｘꎬｙ)－φｒ(ｘꎬｙ)]上式的前两项分别代表了物光和参考光的光强分布ꎬ仅与振幅有关ꎻ第三项则是二者的干涉项ꎬ包含物光全部的振幅和相位信息[５]ꎮ由于参考光作为载波ꎬ其振幅和相位都受到了物光波的调制ꎬ因此物光调制参考光的结果即是产生了干涉条纹ꎮ全息图的数字再现过程是利用计算机对光波的振幅和相位进行数字计算完成的ꎮ根据衍射原理和再现距离可以得到再现平面上的光场分布ꎬ即:㊀㊀ＵＩ(ｘＩꎬｙＩ)＝ｅｘｐ(ｊｋｄ)ｊλｄ∬¥－¥Ｉ(ｕꎬｖ)Ｃ(ｕꎬｖ)ｅｘｐｊｋ２ｄ(ｘＩ－ｕ)２＋(ｙＩ－ｖ)２[]{}ｄｕｄｖ＝ｅｘｐ(ｊｋｄ)ｊλｄ∬¥－¥Ｉ(ｕꎬｖ)Ｃ(ｕꎬｖ)ｅｘｐｊｋ２ｄ(ｕ２＋ｖ２)éëêêùûúúｅｘｐ－ｊ２π１λｄ(ｕｘＩ＋ｕｙＩ)éëêêùûúúｄｕｄｖ㊀㊀因此ꎬ只要物体到成像平面间的距离满足菲涅尔衍射距离的要求ꎬ就可以获得清晰地再现全息图[６]ꎮ１.２㊀马赫￣曾德干涉光路(光学记录㊁数字再现)搭建马赫￣曾德干涉光路ꎬ如图２所示ꎮ图２㊀马赫￣曾德干涉光路图㊀㊀由二倍频Ｎｄ:ＹＡＧ激光器输出波长为５３２ｎｍ的激光ꎬ利用衰减片可自由调整光强ꎬ之后光束经过空间滤波器ꎬ滤过高频光ꎬ再经扩束镜和准直镜后ꎬ形成一个亮度合适㊁宽度恰好的均匀平行光束ꎮ之后经分束镜分为物光和参考光ꎬ经过反射ꎬ物光和参考光在另一分束镜面耦合发生干涉ꎬ生成全息图[７]ꎮ为确保光路水平稳定ꎬ光学器件等高同轴ꎬ在搭建光路时ꎬ待测物和ＣＭＯＳ数字相机可最后再加入到光路中[８]ꎮ在光路搭建完成时ꎬ物光及参考光应具有相等的光程差ꎬ此时调节两束光ꎬ使其经合束镜后汇成一束同轴光ꎬ并在远处汇聚ꎬ出现干涉条纹[９]ꎬ此时光路基本调节完成ꎮ将ＣＭＯＳ数字相机加入到系统中ꎬ然后调整衰减片使ＣＯＭＳ采集到的干涉条纹光波强度适合接下来的实验ꎮ再通过调整合束镜微调旋钮ꎬ改变条纹疏密程度ꎬ最终所调竖条纹清晰且密集即可认为调节完毕ꎬ在近处观察时可看到条纹图像如图３所示[１０]ꎮ图３㊀所调竖条纹图像８１马赫￣曾德干涉光路下的全息数字记录及其再现２㊀实验内容与结果２.１㊀计算机模拟全息(数字记录ꎬ数字再现)实验利用计算机来模拟数字全息的记录与再现过程ꎮ具体操作流程如图４所示ꎮ图４㊀数字全息记录和重现流程图计算模拟全息实验分为两两个过程ꎬ首先通过计算机计算出一幅图片的全息图ꎬ然后通过计算机将全息图再现ꎮ通过单平面菲涅尔全息图数字模拟ꎬ同时设置此时的虚拟光路的相关参数ꎬ生成全息图像如图５(右)所示ꎮ图５㊀含 东北师大 字样原始图片(左)及输出全息图(右)图５(右)是含有 东北师大 字样加密后全息图样ꎬ字的形状已经难以辨认ꎬ但仍可以看出是黑白相间的模糊条纹ꎮ之后通过单平面一步菲涅尔数字再现ꎬ设置与模拟参数相同的再现参数ꎬ输出再现结果如图６所示ꎮ图６㊀输出含 东北师大 字样的数字再现图再现的 东北师大 字样轮廓清晰ꎬ可以很容易的从背景中分辨出来ꎮ４.２㊀数字全息(光学记录ꎬ数字再现)数字全息实验可分为两个过程ꎬ第一个过程是通过搭建马赫￣曾德干涉光路进行光学记录ꎬ第二个过程是利用计算机进行数字再现ꎮ记录时用计算机将含 东北师大 字样的图片输入到空间光调制器(ＳＬＭ)中作为待测物ꎬ记录介质则采用ＣＯＭＳ相机替代传统全息实验中的干板ꎮ图７即为ＣＭＯＳ相机记录的全息图ꎬ软件中可以通过调整物光和参考光的夹角直到ʃ１级和０级衍射分开ꎮ同时可以通过观察计算机中全息图条纹的间距来不断调整夹角的大小ꎬ使其不超过最大夹角以保证全息图和再现图不失真[８]ꎮ图７㊀含 东北师大字样全息图图８㊀含 东北师大 字样再现图图８中生成的全息图较为清晰ꎬ难以辨认字形ꎬ但可大致观察到字的位置大小等信息ꎬ起到了加密的作用ꎮ再现图的周围有一些衍射条纹ꎬ这是再现像和共轭像相互重叠引起的ꎮ将字形放大来看ꎬ其０级和ʃ１级衍射条纹基本分开ꎬ可以较为清晰看到字形ꎮ但仍有误差存在ꎬ 光学记录 整个过程由实验者搭建光学仪器完成ꎬ实验台的晃动ꎬ光学仪器的镜面是否干净ꎬＳＬＭ仪器是否足够精密ꎬ物光与参考光是否严格同轴平行等都会影响实验结果ꎮ３㊀实验结论数字全息记录的是参考光和物光直接在介质９１马赫￣曾德干涉光路下的全息数字记录及其再现上干涉形成的图样[１１]ꎮ采用ＣＭＯＳ相机代替传统全息实验中的干板ꎬ直接将全息图记录在计算机中ꎬ再利用计算机将全息图再现ꎮ计算模拟全息则是用数学的方法将物体的振幅和相位记录下来加以加密再现ꎬ完全通过计算机来实现图像的记录和再现[１２ꎬ１３]ꎮ就全息图来说ꎬ前者生成的全息图较为清晰ꎬ可看到图样大致宽度㊁轮廓等ꎻ而后者生成的全息图完全模糊ꎬ无法看到前者表达的图样大致信息ꎮ对于再现图ꎬ前者几乎无衍射条纹影响ꎬ图样效果好ꎬ后者较大程度受到了衍射条纹的影响ꎬ图样不如前者清晰可辨ꎮ参考文献:[１]㊀ＪｏｒｇｅＧａｒｃｉａ￣ＳｕｃｅｒｑｕｉａꎬＤｉｇｉｔａｌｉｎ￣ｌｉｎｅｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃｍｉ￣ｃｒｏｓｃｏｐｙ[Ｊ].ＡＰＰＬＩＥＤＯＰＴＩＣＳꎬ２００６(４５):８３６￣８５０. [２]㊀桂进斌ꎬ李俊昌ꎬ宋庆和ꎬ等.离轴数字全息超分辨率记录系统优化设计[Ｊ].光学学报ꎬ２０１４(６):７７￣８１.[３]㊀罗鹏ꎬ吕晓旭ꎬ钟丽云.数字全息技术研究进展及应用[Ｊ].激光杂志ꎬ２００６(６):８￣１０.[４]㊀ＹａｓｕｈｉｒｏＴｓｕｃｈｉｙａｍａꎬＫｙｏｊｉＭａｔｓｕｓｈｉｍꎬＦｕｌｌ￣ｃｏｌｏｒｌａｒｇｅ￣ｓｃａｌｅｄｃｏｍｐｕｔｅｒ￣ｇｅｎｅｒａｔｅｄ[Ｊ].ＯＰＴＩＣＳＥＸＰＲＥＳＳꎬ２０１７(３):２０１６￣２０１９.[５]㊀王亮.三维物体数字全息及其应用研究[Ｄ].南京师范大学ꎬ２００７.[６]㊀何建瑜ꎬ赵荣涛ꎬ竺江峰.新马赫￣曾特尔全息光路图制作高频全息光栅[Ｊ].大学物理实验ꎬ２０１１(６):９￣１１.[７]㊀韩冰ꎬ肖文ꎬ潘锋ꎬ丛琳ꎬ等.同轴数字全息相位恢复算法采样距离优化研究[Ｊ].激光与光电子学进展ꎬ２０１２(１２):６９￣７４.[８]㊀于瀛洁ꎬ郭路ꎬ周文静.数字全息位相拼接实验研究[Ｊ].光学仪器ꎬ２０１１(４):５５￣５９.[９]㊀刘丽君ꎬ封玲ꎬ王喜省.数字像面全息与同轴全息实验研究[Ｊ].大学物理实验ꎬ２０１１(６):１９￣２１. [１０]朱江ꎬ刘丽飒.数字平面全息光栅实验研究[Ｊ].大学物理实验ꎬ２０１７(３):６９￣７１.[１１]丁大为.计算全息图及其数字重现的研究[Ｊ].安徽大学硕士学位论文ꎬ２００４(５).[１２]仇宇.全息图的数字化频域滤波及数值再现研究[Ｊ].电子科技大学学报ꎬ２００６(６):９３４￣９３６. [１３]李文昌ꎬ周敏ꎬ等.利用马赫￣曾德干涉光路制作二维全息光栅[Ｊ].大学物理实验ꎬ２０１８(４):４９￣５３.Ｍａｃｈ￣ＺｅｎｄｅＤｉｇｉｔａｌＨｏｌｏｇｒａｐｈｉｃＲｅｃｏｒｄｉｎｇａｎｄＲｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＬＩＸｉｎ￣ｙｕａｎꎬＺＨＡＯＺｉ￣ｙａｎꎬＦＵＳｈｅｎ￣ｃｈｅｎｇ(ＮａｔｉｏｎａｌＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌＴｅａｃｈｉｎｇＤｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｎｇＣｅｎｔｅｒｏｆＰｈｙｓｉｃｓＮｏｒｍａｌＰｒｏｆｅｓｓｉｏｎꎬＮｏｒｔｈｅａｓｔＮｏｒｍａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＪｉｌｉｎＣｈａｎｇ￣ｃｈｕｎ１３００２４)Ａｂｓｔｒａｃｔ:ＩｔｓｅｔｓｕｐａＭａｃｈ￣Ｚｅｈｎｄｅｒｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃｏｐｔｉｃａｌｐａｔｈꎬａｎｄｃｏｎｄｕｃｔｓｔｗｏｒｅｌａｔｅｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｏｆｄｉｇｉｔａｌｈｏｌｏｇｒａｐｈｙ:ｏｐｔｉｃａｌ￣ｄｉｇｉｔａｌｈｏｌｏｇｒａｐｈｙ(ｏｐｔｉｃａｌｒｅｃｏｒｄｉｎｇａｎｄｄｉｇｉｔａｌｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ)ꎻｃｏｍｐｕｔｅｒｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｈｏｌｏ￣ｇｒａｍ(ｄｉｇｉｔａｌｒｅｃｏｒｄｉｎｇａｎｄｄｉｇｉｔａｌｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ).Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅｔｗｏｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄａｎｄｃｏｍ￣ｐａｒｅｄ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:Ｍａｃｈ￣Ｚｅｈｎｄｅｒｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅꎻｏｐｔｉｃａｌｒｅｃｏｒｄｉｎｇꎻｄｉｇｉｔａｌｒｅｃｏｒｄｉｎｇꎻｄｉｇｉｔａｌｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ０２马赫￣曾德干涉光路下的全息数字记录及其再现。

数字全息记录与光学再现

数字全息记录与光学实时再现实验一、实验目的1、理解数字记录、光学记录、数字再现、光学实时再现2、理解计算模拟全息原理，实现数字记录，数字再现3、理解可视数字全息原理，在空间光调制器上加载计算模拟全息图，利用再现光路恢复物信息，实现数字记录，光学再现4、理解实时传统全息实验原理，了解与传统全息之间的异同，通过空间光调制器再现全息图，完成光学记录，光学再现掌握知识点：传统全息术、数字全息、计算模拟全息、菲涅尔衍射、相干光干涉、空间光调制器、光学再现二、实验仪器（详细描述见技术指标）固体激光器(机械调整结构) 一台；空间滤波器组件(显微镜、针孔及机械调整结构) 一套；分光镜两个；可调谐衰减片一个；准直透镜组件一对；CMOS图像探测器一个；透射式液晶空间光调制器一个；注意：重点分析透射式记录光路三、实验原理计算机及CCD技术的发展直接推动了全息技术的革新。

全息术已涉及形貌测量、微小物体检测、数字全息显微、防伪、医学诊断等许多领域。

传统光学全息实验是通过银盐干板或光致聚合物等记录全息图，拍摄过程对环境要求较高，冲洗过程繁琐。

本实验在传统全息术基础上，开发了数字全息、计算模拟全息和光学实时再现等全息技术。

数字全息是用高分辨率CMOS记录全息图，并由计算机对全息图进行数字再现。

计算模拟全息是通过计算机模拟全息图，并通过软件实现数字再现。

光学实时再现是通过再现空间光调制器上的全息图实现的。

通过在实验系统中引入光电成像器件以及数字图像处理技术的应用，对实现光信息专业学生的综合专业技能的培养具有重要意义。

本实验为典型的光信息实验，能全面培养学生的综合实验技能。

实验内容丰富，知识点清晰，实验现象明显。

不但能训练学生动手能力，而且能增强学生分析问题能力。

教师还可根据具体情况，将计算模拟全息作为信息光学课程的演示实验。

图1 光路示意图本实验在传统全息术基础上，根据菲涅尔衍射理论，开发了数字全息、计算模拟全息和光学实时再现等典型全息技术。

(完整版)信息光学专题数字全息

数字全息实验研究数字全息记录和再现原理，即利用数字全息记录程序和光电器件记录全息图，并将全息图输入计算机，由计算机进行数字再现的方法早在1967年就由Goodman等人提出，现已广泛地应用于数字显微、干涉测量、三维图像识别、医疗诊断等领域。

数字全息用光电器件替代了全息干版，免去了全息干版的冲洗工作以及降低了对全息工作台的隔振要求。

给使用者带来了更大的方便。

实验目的1．熟悉数字全息实验原理和方法；通过观察全息图的微观结构，深入理解全息记录和数字再现的原理。

2．熟悉数字全息记录光路。

3．用CMOS数字摄像头记录物体的全息图。

4．熟悉用全息图数字再现程序对所记录的全息图进行数字再现的过程。

实验原理（a）(b)（c）图1 数字全息实验光路图2. 数字全息记录光路L0k放大倍数20或40；L rk放大倍数60；衰减器P可插入物光束；物体S为透过率物体；BS2与SX之间的物参光方向应相同（夹角为0°）图3 透射数字全息记录系统数字全息波前测量的实验光路随被测物体的不同而异，从图1到图3的光路都可以用来记录全息图。

若用图1（a ）所示的实验光路进行数字全息波前的测量，则激光器发出的光经反射镜M 1反射，被分束器BSI 分成两束；一束经过反射镜M 2反射、进入扩束镜L K1扩束，并被准直镜L 1准直，变成平行光，再由反射镜M 3反射转向，照射到被记录物体上形成物波，经由物体物漫后透过分束镜BS 2照射到数字摄像头的光敏元件表面；另一束经衰减器P 、反射镜M 4、扩束镜L K2准直镜L 2变成平行光，再经分束镜BS 2转向，形成参考光，并与物波在CMOS （或CCD ）光电器件平面上叠加干涉，形成全息图；由CMOS （或CCD ）数字摄像头记录，并借助于计算机程序，实现全息图的数字再现。

图4 数字全息记录与再现光路坐标变换设00oy x 平面内的被记录物体的透过率函数为t (x , y )，用振幅为A 的垂直平面波照明。

数字全息显微再现算法研究


Ａｂｓｒ ｃ ： Ａｎ ｅ ｐ ｒｍｅ ｔ ｌｓ ｔ ｐ ｏ ｉｉａ ｏ ｏ ｒ ｐ ｉ ｃ ｏ ｃ ｐ ｓ ｄ ｓｇ ｅ ｎ Ｉ ａ ｔ ｍｅｉ ｆｒ ｃ ｎ ｔｕｃ ｔａ ｔ ： ｘ ｅ ｉ ｎ ａ ｅ ｕ ｆｄ ｇｔ ｌｈ ｌ ｇａ ｈ ｃ ｍｉｒｓ ｏ ｙ ｉ ｅ ｉｎ ｄ ａ ｄ ａｌ ｒ ｈ ｔｃ ｏ ｅ ｏ ｓｒ — ｉ
Ｋ ｙＷｏ ｄ ： ｉ ｔ ｏ ｇａ ｈ ； ｏ ｇａ ｈｃｍ ｃｏｃｐ ；ｏ ｒ ｒ ｒｎｆ ｍ ｅ ｒ ｓ Ｄｇ ａ ｈｌ ｒｐ ｙ Ｈ ｌ ｒｐ ｉ ｉｒｓｏ ｙ Ｆ ｕ ｅ ａ ｓ ｒ ｉ ｌ ｏ ｏ ｉ ｔ ｏ
１ 引 言
目前 ， 国内外许多研究机构正致力于数字全息方面的理论和实验研究 ， 尤其是欧 、 、 美 日等国家的研究 最为活跃。近年来 ， 在数字全息显微测量方面也取得了一些成果 。对显微测量来说 ， 提高分辨率是关 键 。文献 报道了 Ｈ ｓ ｄ ａ ａ 等人用无透镜 Ｆｕ ｅ 变换全息 的方法 ， ｓ ｏｒ ｒ ｉ 实现了数字全息显微测量分辨率达到 １４Ｌ 推动 了数字全息在显微测量方面研究 的发展。但是 ， ．１ ｍ， 由于 目前记录数字全息 图的 Ｃ Ｄ像素尺寸 Ｃ 大， 光敏面尺寸小 ， 致使数字再现像的分辨率低 ， 再现像与孪生像分离困难 。因此 ， Ｃ Ｄ性 能一定 的情 在 Ｃ 况下 ， 如何提高数字全息的分辨率和再现像的清晰度 、 实现再现像与其 它成分 良好分离 、 提高再 现光场的 信噪比， 目 是 前数字全息技术发展和应用中的关键 问题。针对上述问题 ， 人们提出了一些解决方案 ， 主要 有两种思路 ： 一种是设计满足记录采样条件和再现分离条件的光路结构 ， 如采用 同轴全息光路记录数字全 息 图【 既满足了记录采样条件 ， ６Ｊ Ｊ， 又扩大了记录物体的高频信息 ， 特别是按无透镜 Ｆ ｕ ｅ 变换全息光路 ｏｒｒ ｉ 记录全息图时 ， 满足采样条件问题几乎得到完全解决 ； 另一种是实现再现像与孪生像分离 ， 常采用以下两 种方法 ， 一是根据离轴全息 中再现像的分离条件 ， 对数字全息图进行 Ｆｕ ｅ 变换频谱滤波 】将其中零 ｏｒ ｒ ｉ ， 级像和共轭像的频谱滤掉 ， 再现光场 中只剩下原始像 ， 这种方 法的突出优点是 只需要一幅数字全息 图， 实 验装置简单 ， 但此方法需要进行多次 Ｆｕ ｅ 变换 ， ｏｒ ｒ ｉ 再现速度慢 ， 容易造成有用信息的丢失 ， 影响数字全息 再现像的分辨率提高 。二是在同轴记录光路中采用相移技术¨ 。 ， 。… 这种方法不仅容易满足数字全息 的记 录采样条件 ， 而且去除直透光和共轭像的效果好 ， 扩大了原始像的视场 ， 但它至少要记录四幅全息图 ， 而且 装置比较复杂 ， 对环境稳定性的要求较高， 不适用于动态物体和过程的记录， 因此 ， 了其在实际测量 中 限制 的应用 。 本文通过设计一种适用于微观物体的数字全息记录实验光路 ， 介绍将物光波前从全息 图中剥离的再 现算法 ， 出数 字全 息显微 的一 种实 时 再 现 方法 。由于 这 种 方 法 的 实验 装 置 比较 简 单 ， 环 境稳 定性 给 对

物光与参考光强度比对数字全息再现像质的影响

物光与参考光强度比对数字全息再现像质的影响宋修法;于梦杰;王华英;刘佐强;高亚飞;刘飞飞【摘要】为了提高数字全息显微中的重建精度及速率，采用理论分析与实验验证相结合的方法，对数字全息显微中基于同态信号处理的广义线性重建算法进行了理论分析，比较了同一物场在不同物光与参考光强比条件下的实验结果。

结果表明，随着参考光与物光光强比的不断增大，广义线性重建算法再现像质得到明显改善，但当这一比值增大到一定值时，再现像质量则逐渐下降。

寻找合适的物光、参考光光强比，是利用数字全息广义线性重建算法实现高质量再现像的重要条件。

%In order to improve the accuracy and speed of image reconstruction , the generalized linear reconstructing algorithm based on homomorphic signal processing was analyzed by combining theoretical analysis and experimental verification in the digital holographic microscopy .The experimental results of the same field under different reference intensity ratio to object were compared .The results show that: with the increase of the intensity ratio , the reconstruction image quality of the generalized linear reconstructed algorithm is improved obviously .However, the reconstructed image quality decreases when the ratio increases to a certain value .Finding an appropriate ratio is important for obtaining high quality reconstructed images for the generalized linear reconstruction algorithm in digital holography .【期刊名称】《激光技术》【年(卷),期】2014(000)006【总页数】4页(P859-862)【关键词】全息;线性重建;参考光强度;同态信号处理【作者】宋修法;于梦杰;王华英;刘佐强;高亚飞;刘飞飞【作者单位】河北工程大学理学院，邯郸056038;河北工程大学信息与电气工程学院，邯郸056038;河北工程大学理学院，邯郸056038; 河北工程大学信息与电气工程学院，邯郸056038;河北工程大学信息与电气工程学院，邯郸056038;河北工程大学信息与电气工程学院，邯郸056038;河北工程大学信息与电气工程学院，邯郸056038【正文语种】中文【中图分类】O438.1数字全息技术是一种新型的全息成像与测量技术，它利用光电耦合器件CCD记录全息图，利用计算机技术对光学衍射过程进行数值模拟再现物光波前，得到定量的强度和位相信息，实现了对全息记录、存储、传输、滤波、多视角显示等过程中的数字化处理。

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数字全息再现
张建强
光路设计
重建程序（傅里叶变换法）
clc clear all close all %%%%%%%读取图像并进行消零级处理%%%%%%%%%% I1=imread('maotouying.bmp'); I1=double(I1(:,:,2)); imshow(I1,[]) Imean=medfilt2(I1,[3,3]); I=I1; for n=1:10 I=I+del2(I); end I1=I1-I; [r,c]=size(I1); %%%%%%%%%%根据实验使用仪器设定参数%%%%%%%%%%%%% L1=2048*3.2*10^(-6); L0=1536*3.2*10^(-6); lamda=5320*10^(-10); k=2*pi/lamda;%波矢 y0=linspace(-L0/2,L0/2,r); x0=linspace(-L1/2,L1/2,c); [x0,y0]=meshgrid(x0,y0); z0=1.5; %图像到屏面的距离,单位:米 M=1;%插值倍数 %以下给出光传到屏面上的尺寸L,单位:米 L01=r*lamda*z0/L0 L11=r*lamda*z0/L1 q=linspace(-L01/2,L01/2,r.*M);%给出图像在屏面上的坐标 p=linspace(-L11/2,L11/2,c.*M); [p,q]=meshgrid(p,q); a=I1;%不乘Tukey窗口
计算得到包裹相位
Fphase=angle(Fufpq); figure,imshow(Fphase,[]); figure,mesh(Fphase);
得到包裹相位
用参考光波照射全息图再现的光波，真实 能量占总衍射能量的1/6，光共轭像占1/6， 零级像占4/6，因此如何有效消除零级衍射 光及共轭物光的干扰，高质量地重建物光 场极为重要
clear;clc;close all; I1=imread('maotouying1.bmp'); I1=double(I1(:,:,2)); [r,c]=size(I1); I2=fft2(I1); figure,imshow(log(abs(I2)),[]); I3=zeros(r,c); I3(1:372,682:1199)=I2(1:372,682:1199); figure,imshow(log(abs(I3)),[]); I3=ifft2(I3); figure,imshow(I3,[]);
%%%%%%%%%%%%%%%%%显示图像并对图像进行处理%%%%%%%%%%%%% I=Fufpq.*conj(Fufpq);%在屏面上的光强分布 figure,imshow(I,[0,max(max(I)).*0.01]),colormap(pink) I=mat2gray(I); Imed=medfilt2(I,[5,5]); figure,imshow(Imed,[0,max(max(I)).*0.01]),colormap(pink);%进行5*5中值滤波，降低散斑的影响 II=imrotate(Imed,180,‘bilinear’);%旋转图片 figure,imshow(II,[0,max(max(I)).*0.01]),colormap(pink);
此方法在消除零级像的同时，且不改变真实 像和共轭像的相位分布。
采用3*3均值滤波
I1=imread('maotouying.bmp'); I1=double(I1(:,:,2)); imshow(I1,[]) Imean=medfilt2(I1,[3,3]); I1=I1-Imean;
基于频域滤波的消除零级和 共轭像处理
%%%%%%%%%%%%%%得到包裹相位%%%%%%%%%%%%%%%%%%% Fphase=angle(Fufpq); figure,imshow(Fphase,[]); figure,mesh(Fphase);
重建结果
5*5中值滤波后
பைடு நூலகம்像旋转后
消零级处理
处理后的全息图= 原全息图-均值滤波后的全息图
%%%%%%%%%完成菲涅尔衍射（傅里叶变换法）%%%%%%%%%%%% F00=exp(j*k*z0)/(j*lamda*z0)*exp(j*k/2/z0*(p.^2+q.^2)); Fpq=exp(j*k/2/z0*(x0.^2+y0.^2)); a=a.*Fpq; FUpq=fft2(a,r.*M,c.*M); Ffpq=fftshift(FUpq); Fufpq=F00.*Ffpq;