数字全息3D图像再现的方法论述

张 凯,董志鹏（江西凯天动漫有限公司, 江西 萍乡 337000）



数字全息3D图像再现的方法论述

张 凯,董志鹏
（江西凯天动漫有限公司, 江西 萍乡 337000）

摘 要：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。

关键词：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。以计算机作为有效平台的方法是通过植入函数以及光调制器入射光，最终向人们呈现一种全新的、立体的三维成像。

2 数字图象处理技术

数字图象处理技术作为数字全息3D图象再现的一种主要处理技术，是有效处理数字图象二维信息和电子稳像的现代化科学技术。数字图象处理技术主要以计算机作为处理图象的平台之一，在计算机中分析处理3D图象信息数据，并在储存数据模块处理3D图象的二维信息。但是计算机存储数据模块在处理3D图象方面具有计算机储存量小、信息量过大等缺点。

3 基于相移数字全息技术的图像再现

（1）相移数字全息原理。相较于数字图象处理技术而言，相移数字全息技术依据的原理主要是根据相移干涉法作为基础，将数字全息技术结合而成的一种数字全息3D图象再现技术。最早运用于图象投影、图象处理是在1997年，由 Ichirou Yamaguchi 和 Tong Zhang两位科学家提出。相移数字全息原理以相移干涉原理作为依托，在计算机内部实现记录全息图复振幅，然后经过相关技术人员的处理将虚拟图象转换为数字全息图再现。

（2）相移数字全息再现算法。随着社会的不断发展以及科学技术的不断进步，相移数字全息技术算法得以不断提升。目前，运用比较广泛的相移数字全息再现计算方法主要有四步相移法、三步相移法和两步相移法。

就四步相移法而言，一般在计算四步相移公式时，要假设参考光为相移量为θ，复振幅为那么全息干涉图的强度分为用公式表达为：

就两步相移算法而言，一般我们在计算两步相移公式时，要假设参考光为相移量为O，在CCD光敏面上纪律全息公式和全息装置图。根据两步相移数字全息装置图可以得知在CCD记录面上加入了快门装置，K1和K2分别表示物光合参考光在平面中的快门装置。参考光强度表示为：物光强度表示为：

4 结束语

随着科学技术以及数字全息化技术的不断进步，数字全息3D图象再现算法得到逐步提高。但是相较于国外发达国家而言，我国的数字全息技术还处于发展的初步阶段，CCD分辨率较低、记录数字全息装置图会受到激光环境的影响等一系列限制因素导致我国的数字全息技术还不够成熟。因此需要相关科研人员进行更深入的研究，从而实现高CCD分辨率的目的。

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