用数字图像处理方法增强全息再现像

全息算法的原理与应用1. 引言全息算法是一种基于光学原理的图像处理算法，利用光的波动特性，实现对图像的全面捕捉和再现。

全息算法已广泛应用于三维成像、光学存储、光学实验等领域，具有非常重要的理论和应用价值。

2. 全息算法的原理全息算法的原理是基于光的干涉原理和衍射原理。

在全息图中，物体的信息被记录在光波的相位差中，通过对光波进行干涉和衍射，可以实现对物体信息的还原和再现。

2.1 干涉原理干涉是指两束或多束波相互作用时产生的波的干涉现象。

全息图中，通过将参考光和物体光进行相干叠加，可以记录下物体的相位信息。

当再次利用参考光照射全息图时，光波会与记录下的物体相位信息相干叠加，从而实现对物体信息的还原。

2.2 衍射原理衍射是指波通过障碍物或物体边缘时发生弯曲和扩张的现象。

在全息图中，通过对记录下的物体相位信息进行衍射计算，可以实现对物体信息的再现。

具体而言，光波通过全息图时会受到记录下的物体相位信息的影响，从而呈现出物体的三维形态和纹理。

3. 全息算法的应用全息算法在许多领域都有广泛的应用。

以下列举了几个典型的应用场景：3.1 三维成像全息算法可以实现对真实物体的三维成像。

通过记录物体的相位信息并进行还原，可以实现对物体在空间中的真实呈现。

这在医学影像学、工业检测等领域非常有用。

例如，在医学领域，全息算法可以用于对人体内部的器官进行非侵入式的三维成像，有助于诊断和手术规划。

3.2 光学存储全息算法也可以应用于光学存储领域。

通过将信息记录在全息图中，可以实现对大量数据的高密度存储。

与传统的磁盘和固态硬盘相比，光学存储具有更大的存储容量和更快的读写速度。

这在大数据时代具有重要的意义。

3.3 光学实验在光学实验中，全息算法也发挥着重要的作用。

通过制作全息实验装置，可以模拟实际光学现象，帮助学生更好地理解和掌握光学原理。

全息算法还可以实现对光波的波前调控，有助于光学器件的研发和优化。

4. 总结全息算法是一种基于光学原理的图像处理算法，利用光的干涉和衍射特性实现对物体信息的全面捕捉和再现。

包装工程第44卷第9期·282·PACKAGING ENGINEERING2023年5月调频加网对于全息再现图像的影响解文博，王庆（齐鲁工业大学，济南250353）摘要：目的对全息图进行加网处理，实现计算全息图的二值化，将计算全息图应用于印刷领域。

方法本文设计计算全息图进行调频加网的整体方案，讨论不同的加网算法对计算全息再现图像的质量影响。

首先，对3幅不同类型的灰度图片进行计算全息编码得到全息图；然后利用误差扩散算法和抖动算法对全息图进行调频加网获得二值化全息图；之后通过光场重建得到全息再现图像。

结果对全息再现图像进行峰值信噪比和结构相似性数据比较发现，误差扩散算法更适用于计算全息二值化处理，抖动加网使计算全息图产生周期性图案，导致再现全息图产生混频现象，全息再现图像的质量下降。

结论加网导致全息图再现质量下降，误差扩散算法可以得到较好的再现像，适用于全息图的二值化处理；与此同时，抖动算法会产生混频现象，因此抖动算法并不适用于全息图二值化处理。

关键词：计算全息；相位恢复算法；数字加网；误差扩散算法；抖动算法中图分类号：TS801.8 文献标识码：A 文章编号：1001-3563(2023)09-0282-07DOI：10.19554/ki.1001-3563.2023.09.034Effect of Frequency Modulation Screening on Quality ofHolographic Reproduction ImageXIE Wen-bo, WANG Qing(Qilu University of Technology, Jinan 250353, China)ABSTRACT: The work aims to screen the hologram to realize the binarization of the computational hologram and apply the computational hologram to the printing field. An overall scheme of frequency modulation screening for computational hologram was designed and the effects of different screening algorithms on the quality of holographic reproduction image were discussed. Firstly, three types of grayscale images were holographically encoded to obtain holograms and then these holograms were subject to frequency modulation screening to gain binarized holograms by the error diffusion and dither-ing algorithms. Finally, the binarized holograms were transformed holographic reproduction images by means of light field. According to the comparison between the peak signal-to-noise ratio (PSNR) and the structure similarity index measure (SSIM) data of holographic reproduction images, the error diffusion algorithm was more suitable for computing holographic binarization and the dithering screening caused periodic patterns on the holograms, which resulted in fre-quency mixing phenomena on the holographic reproduction images, so the quality of the holographic reproduction images was reduced. Screening degrades the quality of holographic reproduction images. The error diffusion algorithm has better reproduction images and is suitable for hologram binarization. Furthermore, the dithering algorithm produces frequency mixing, so it is not suitable for hologram binarization.KEY WORDS: computational holography; phase recovery algorithm; digital screening; error diffusion algorithm; dither-ing algorithm收稿日期：2022−06−03作者简介：解文博（1998—），女，硕士生，主攻轻工技术与工程。

数字图像处理的原理与方法数字图像处理是一种将数字信号处理技术应用到数字图像上的科学技术，它的出现极大地推动了图像处理技术的发展。

数字图像处理不仅可以用于医学图像处理、卫星图像处理、工业检测等领域，还可以应用于数字影像娱乐等方面。

数字图像处理的核心内容就是图像增强、图像恢复、图像分割、图像识别等，本文将主要探讨数字图像处理的原理与方法。

一、图像增强处理图像增强处理是对原始图像进行改善的过程，也是数字图像处理中最普遍的操作类型。

通过增强处理，可以使图像局部特征更加明显，以便进行更高级的图像分析。

常见的图像增强方法包括灰度线性变换、灰度非线性变换、空域滤波增强、频域滤波增强等。

其中，空域滤波增强是最常见的一种方法。

通过对原始图像进行高斯滤波、中值滤波等操作，可以有效去除图像中的噪声。

二、图像恢复处理图像恢复处理是指从已知的图像信息中恢复出原始图像的过程，也是数字图像处理中一种重要的方法。

在数字图像处理中，图像的失真比如模糊、噪声等是不可避免的。

而图像恢复就是通过各种手段找到原始图像中所保留的信息，以恢复图像失真前的形态。

常见的图像恢复处理方法包括逆滤波、维纳滤波、约束最小二乘滤波等。

三、图像分割处理图像分割处理是将图像分割成若干具有独立意义的子区域的过程。

图像分割处理是数字图像处理中一种热门的研究领域，其主要应用于目标提取、图像分析和模式识别等方面。

常用的图像分割方法包括基于像素的算法、基于区域的算法、边缘检测算法等。

其中，基于区域的算法应用最广。

通过对相似区域进行聚类，可以将图像分割成若干子区域，从而实现目标提取等功能。

四、图像识别处理图像识别处理是指对图像进行自动识别的过程。

图像识别处理是数字图像处理中的一大领域，它的技术含量非常高。

常见的图像识别处理方法包括特征提取、模式匹配、神经网络等。

其中，特征提取是一种重要的处理方式。

通过对图像进行特征提取，可以将图像转化为数字特征，从而实现对图像的自动识别和分类。

全息成像的原理及应用全息成像是一种非常特殊的图像采集和展示方式。

近年来，随着人工智能和虚拟现实等技术的不断发展，全息成像逐渐被广泛应用于各种领域——既包括实用的，也包括娱乐性的。

本文将围绕全息成像的原理和应用进行介绍。

一、全息成像的原理全息成像的原理分为两个步骤：记录和再现。

首先，要记录静止的或运动的实体，需要将装有感光材料的平面表面向实体，发生了干涉的光顺着材料的相干光束的传播轨迹进行暴露记录。

记录过程中，所使用的光源激光束必须保持稳态，且波长、功率和相位等全部都需要一一确定。

这种记录的方式叫做“物体光记录”。

接下来，通过使用像与光叠加在一起的信号（也就是光的强度和相位），再现出原来记录下的实体。

把感光材料向光源展开，使照射在感光材料上的平面波的反射球面波重新构成记录了的旧的物体波。

将再现的结果照相并反转（改变透过和不透过的部分），最后就可以得到全息照片。

总的来说，全息成像是通过记录和再现物体所决定的源头波和穿过空气或物质传播波的干涉图形的一种成像技术。

和传统的单眼相机不同，全息成像可以记录下影像的相干反射信号，再度可见所对应的真实图像。

二、全息成像的应用1. 医疗领域在医疗领域，全息成像可以提供更全面的三维信息，使医生们可以更好地观察人体内部组织的变化。

全息成像技术已经被应用于尿道镜和胃镜的检查和手术过程。

其中，全息成像技术可以大幅提高微创手术的这类医疗设备的精度和其他性能。

2. 艺术领域在艺术领域，全息成像也有着广泛的应用。

比如，全息投影可使用作为灯光表演、大型装置艺术和茶艺等多种表演手段。

活动效果可以将观众带入到非凡的笼罩的世界，同时也在培养观众创造性思维。

3. 显示技术在显示技术领域，全息成像技术可以提供远高于其他显示技术的分辨率和色彩饱和度。

而且，和普通的显示技术相比，全息成像并没有“最低观看距离”的限制。

4. 教育领域在教育领域，全息成像技术具有相当大的潜能。

它不仅可以帮助学生更好地了解遥远的历史时间和遥远的地理空间，还可以提供全局视图和更现实的体验，使他们可以更深入地进行学习。

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。