计算全息再现图像.ppt

计算全息再现图像的研究计算全息再现图像的研究计算全息再现图像的研究计算全息再现图像的研究F1307202F1307202班班班班 张一鸣张一鸣张一鸣张一鸣导师导师导师导师 冯仕猛冯仕猛冯仕猛冯仕猛ContentsContents 2.2.计算全息的理论和模拟再现计算全息的理论和模拟再现 3.3.计算全息的光学再现计算全息的光学再现 4.4.总结和展望总结和展望 1.1.研究背景和论文的主要工作研究背景和论文的主要工作1.1.研究背景和论文的主要工作研究背景和论文的主要工作研究背景和论文的主要工作研究背景和论文的主要工作 1.理论上分析了几种编码技术及其原理 2.使用MATLAB生成两种编码的计算全息图 3.用MATLAB模拟再现原图 4.设计实验平台，在实际光路中记录再现像 5.将模拟再现像和实际再现像比较分析 本次论文的主要工作本次论文的主要工作本次论文的主要工作本次论文的主要工作1.1.研究背景和论文的主要工作研究背景和论文的主要工作研究背景和论文的主要工作研究背景和论文的主要工作计算全息图计算全息图计算全息图计算全息图(Computer-Generated Hologram)(Computer-Generated Hologram)计算全息图是利用计算机计算物光波在全息平面上的光场分布，并对光场分布在计 算机内进行编码，其结果在绘图仪或CRT上显示，成为实用的全息图。计算全息的优点计算全息的优点计算全息的优点计算全息的优点 低噪音，高重复性，可记录世间不存在物体的图像 计算全息的发展历史计算全息的发展历史计算全息的发展历史计算全息的发展历史 1965年 罗曼(A.W.Lohmann)奠定理论基础 1966年 布鲁恩和罗曼迂回相位编码技术 1967年 博奇(C J.J.Burch)修正离轴参考光计算全息术 1970年 李威汉(Wai-HonLee)四阶迂回相位计算全息术 1970年 贝尔克哈德(C.B.Burckhardt)三阶迂回相位计算全息术 2.2.计算全息的理论和模拟再现计算全息的理论和模拟再现计算全息的理论和模拟再现计算全息的理论和模拟再现 第一步第一步.波前记录：记录介质波前记录：记录介质HH上的强度分布上的强度分布 第二步第二步.波前再现波前再现:全息图的透射光场全息图的透射光场 光学全息光学全息光学全息光学全息波前记录和波前再现波前记录和波前再现波前记录和波前再现波前记录和波前再现波前记录波前记录波前记录波前记录 波前再现波前再现波前再现波前再现2.2.计算全息的理论和模拟再现计算全息的理论和模拟再现计算全息的理论和模拟再现计算全息的理论和模拟再现 计算全息的制作和再现过程计算全息的制作和再现过程计算全息的制作和再现过程计算全息的制作和再现过程1.抽样抽样2.编码编码3.成图成图4.再现再现 抽样定理抽样定理 几种计算全息编码几种计算全息编码 数字重现和光学再现数字重现和光学再现傅立叶变换计算全息图的生成和再现傅立叶变换计算全息图的生成和再现 绘图仪或者其他成图设备绘图仪或者其他成图设备2.2.计算全息的理论和模拟再现计算全息的理论和模拟再现计算全息的理论和模拟再现计算全息的理论和模拟再现 罗曼罗曼IIIIII型迂回相位编码型迂回相位编码 傅利叶计算全息图的制作傅利叶计算全息图的制作傅利叶计算全息图的制作傅利叶计算全息图的制作 博奇型修正离轴参考光编码博奇型修正离轴参考光编码每个抽样单元内放置一矩形通光孔径，通过改每个抽样单元内放置一矩形通光孔径，通过改变通光孔径的面积编码复数波面的振幅，改变变通光孔径的面积编码复数波面的振幅，改变通光孔径中心与抽样单元中心的位置编码相位通光孔径中心与抽样单元中心的位置编码相位 迂回相位编码法编码单元迂回相位编码法编码单元以常量为偏置项的全息图，避免了对相位的以常量为偏置项的全息图，避免了对相位的编码，人为地重新构造全息透过率函数，即编码，人为地重新构造全息透过率函数，即 空间频率分布空间频率分布 (a)(a)物光波的空间频谱范围物光波的空间频谱范围 (b)(b)光学光学 离轴全息图的空间频谱离轴全息图的空间频谱 2.2.计算全息的理论和模拟再现计算全息的理论和模拟再现计算全息的理论和模拟再现计算全息的理论和模拟再现 罗曼罗曼罗曼罗曼IIIIII型迂回相位编码图及其计算机模拟再现型迂回相位编码图及其计算机模拟再现型迂回相位编码图及其计算机模拟再现型迂回相位编码图及其计算机模拟再现抽样，编码抽样，编码计算机模拟再现计算机模拟再现2.2.计算全息的理论和模拟再现计算全息的理论和模拟再现计算全息的理论和模拟再现计算全息的理论和模拟再现 博奇型编码图及其计算机模拟再现博奇型编码图及其计算机模拟再现博奇型编码图及其计算机模拟再现博奇型编码图及其计算机模拟再现抽样，编码抽样，编码计算机模拟再现计算机模拟再现3.3.计算全息的光学再现计算全息的光学再现计算全息的光学再现计算全息的光学再现 主要实验仪器主要实验仪器主要实验仪器主要实验仪器LCDLCD和和和和CCDCCD空间光调制器空间光调制器-透射式透射式LCDLCD屏屏接收端接收端-CCD摄像头摄像头3.3.计算全息的光学再现计算全息的光学再现计算全息的光学再现计算全息的光学再现 实验光路示意图实验光路示意图实验光路示意图实验光路示意图 计算全息图再现光路示意图计算全息图再现光路示意图 L1L1，L2L2为透镜，为透镜，F F为低通滤波器为低通滤波器经过准直器和扩束镜的作用的激光，垂直入射到正显示傅利叶变换型全息图的经过准直器和扩束镜的作用的激光，垂直入射到正显示傅利叶变换型全息图的LCDLCD空间光调制空间光调制器上，经过器上，经过L1L1透镜相当于进行了一次傅利叶逆变换就能得到再现图。而透镜透镜相当于进行了一次傅利叶逆变换就能得到再现图。而透镜L2L2的作用是保留滤的作用是保留滤波器波器F F，避免激光功率在，避免激光功率在L1L1的焦距处功率过高而使的焦距处功率过高而使CCDCCD损坏，同时，低通滤波器损坏，同时，低通滤波器F F可以滤掉零级可以滤掉零级直通量，减弱零级衍射项对再现像观测的影响。直通量，减弱零级衍射项对再现像观测的影响。实际的光路和实验平台实际的光路和实验平台3.3.计算全息的光学再现计算全息的光学再现计算全息的光学再现计算全息的光学再现 实际光路实际光路实际光路实际光路要记录较清晰的光学再现像，需要对光路进行如下调整：要记录较清晰的光学再现像，需要对光路进行如下调整：1.1.各透镜器件准确定位各透镜器件准确定位2.2.滤波孔大小的选择滤波孔大小的选择3.3.偏振片的调制偏振片的调制3.3.计算全息的光学再现计算全息的光学再现计算全息的光学再现计算全息的光学再现 CCDCCD的的的的观测结果观测结果观测结果观测结果 罗曼型迂回相位编码模拟和光学再现像 MATLAB模拟图模拟图CCD实拍图实拍图3.3.计算全息的光学再现计算全息的光学再现计算全息的光学再现计算全息的光学再现 CCDCCD的的的的观测结果观测结果观测结果观测结果 博奇型修正离轴参考光编码模拟和光学再现像 MATLAB模拟图模拟图CCD实拍图实拍图3.3.计算全息的光学再现计算全息的光学再现计算全息的光学再现计算全息的光学再现 CCDCCD的的的的观测结果观测结果观测结果观测结果在透镜后焦面上的在透镜后焦面上的CCD接收到的图像与模拟图基本符合，但是像质不如接收到的图像与模拟图基本符合，但是像质不如计算机模拟图，主要有以下几个原因：计算机模拟图，主要有以下几个原因：LCD的分辨率的分辨率1.1.分辨率分辨率 CCD的分辨率的分辨率2.2.噪声的影响噪声的影响3.3.激光器功率的影响激光器功率的影响4.4.原图本身的复杂程度原图本身的复杂程度3.3.计算全息的光学再现计算全息的光学再现计算全息的光学再现计算全息的光学再现 破碎全息图的实验破碎全息图的实验破碎全息图的实验破碎全息图的实验由于全息照相过程中物体与底片之间是点面关系，全息图每一个局部都包含了物体各点的光信息。即使全息图破碎了，仍可以用其中一块碎片还原整个原物一块全息图碎片一块全息图碎片CCD观测到的再现图像观测到的再现图像4.4.总结和展望总结和展望总结和展望总结和展望 工作总结工作总结工作总结工作总结 理论分析理论分析 计算机仿真计算机仿真 实验实验4.4.总结和展望总结和展望总结和展望总结和展望 应用领域应用领域应用领域应用领域 图像动态显示图像动态显示 制作各种滤波器制作各种滤波器 三维全息三维全息 彩色全息彩色全息计算全息再现图像的研究计算全息再现图像的研究计算全息再现图像的研究计算全息再现图像的研究vTHANK YOU