数字全息显微技术.
数字全息技术
调查报告表数字全息技术——数字全息技术的发展与趋势调查人：张博文2011/10/17引言数字全息技术一一即使用计算机产生和重现全息图像,正在引起人们愈来愈大的兴趣。
把物理的成像过程扩展到数字过程,使用现代化计算机作为扩义概念的成像元件,开辟了一个数字化全息成像技术的新时代,十多年来,在世界上获得了迅猛的发展。
人们把二十世纪后的二十年称为信息处理时代，信息论作为现在科学技术的三大支柱产业之一，正在渗入各个领域，引起革命性的变化。
数字全息是一种全新的获取光学信息的方法,它是传统的全息术和数字技术相结合的产物。
数字全息图能够通过计算机，实现数字再现以及物体变形的测量；同时数字全息图也可以利用空间光调制器实现物体三维信息的空间再现。
随着计算机技术和高分辨率图像传感器的飞速发展,数字全息技术的优势正在越来越明显地显示出来,其应用范围已涉及三维形貌测量、形变测量、粒子场测试、显微和防伪等许多领域。
计算机产生全息图最基本的特点是它不需要空间物体的真实存在，而是从物体的数学描述开始，计算出全息图。
使用计算机产生全息图包括两个主要步骤：首先是建立物体的数学描述，并送入计算机，计算出它在空间面上得光波分布；然后是确定一个能够记录计算结果的方法，把计算出的复数波前记录在胶片上或者类似的材料上，就制成了全息图。
记录光波图形的方法：1、直接记录振幅和相位2、使用参考波记录3、付里叶变换全息图——罗曼方法4、条纹型全息图5、相息图6、无参考同轴复合全息图结束语本文简要的综述了用计算机产生和重视各类全息图的基本技术，并简要的列举了它在一些方面的实际应用。
想给人以本门技术——数字全息技术的概貌，揭示出数字全息技术的优点、意义和前景。
然而新技术的发展是层出不穷的，在这一领域内正在发表大量的著作，不断进行着新的探索、研究。
要在这一篇报告里给出一个简略的概括甚至也是不可能的。
最后，让我们再次回到本文开始所提及的，以现代化计算机来作为广义概念的成像元件开始了一个数字化全息成像技术的新时代。
基于数字全息显微技术的生物细胞动态定量测量
因此本文提出用光程长作为定量标定生物细胞动态过程的参考量。数字全息显微技术对相位的变化 具有亚纳米级的分辨力，光程长与相位成线性比例，利用数字全息显微技术测量光程长，测量精度亦能 达到亚纳米，可实现纳米生物学、纳米生物医学的测量要求。本文针对活体生物细胞，以定量的光程长 信息作为反映生命状态标志，对生物细胞的实时动态进行测量与分析。利用搭建的透射式数字全息显微 系统对海拉细胞和大肠杆菌进行动态观察，获取光程长，分析光程长与细胞生命状态的关系，了解细胞 的生命过程。
2. 测量系统与测量原理
图 1 所示为透射式数字像面全息显微系统光路示意图。激光光源(XPERAY，波长选择为 690 nm)发 出的光束通过中灰镜 NF 调节到合适光强后，被分光棱镜 BS1 分为两路，物光和参考光，物光束被反射 镜 M1 折转后照射样本，透射后携带有样本的信息被显微物镜 MO1 (Mitutoyo, 50×, N.A. = 0.42)放大。参 考光路设置与物光路相同的显微物镜 MO2，使其放置在与 MO1 相对一致的位置，使畸变相位易于校正。 分光棱镜 BS2 将两路光汇合，在 CCD (PX-2M30-L, Imperx)上发生干涉。BS2 的轴线与光轴成一定角度， 此为离轴角度，使干涉图易于分离实像与零级像的频谱。
( xh , yh ) 是全息面的坐标。U ( xh , yh ) 和 R ( xh , yh ) 分别是传播到全息面的物光波和参考光波的复振幅。
*代表复共轭。因此重构物光波的复振幅过程为
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。
数字全息技术的基本原理
数字全息技术的基本原理
数字全息技术是一种先进的图像处理技术，它能够以数字化的方式将三维物体
的信息转换为可视的全息图像。
其基本原理是利用计算机生成三维模型，并通过算法将其转化为光学信息，最终以全息图像的形式呈现出来。
首先，数字全息技术需要获取被拍摄物体的三维信息。
这可以通过使用3D扫
描仪或者立体摄像机来实现。
这些设备能够捕捉到被拍摄物体的几何形状和纹理信息，并将其转换为数字表示形式。
接下来，这些数字化的数据将经过计算机处理。
计算机将使用一系列算法来处
理这些数据，以生成物体的三维模型。
这个模型包含物体的表面形状、纹理信息和其他细节。
在生成三维模型后，数字全息技术需要将其转化为适合全息图像展示的格式。
这一过程涉及将三维模型分解为数百万个微小的光学记录点，每个点都包含有关物体表面的信息。
这些记录点的位置和属性将被编码到光学介质中。
最后，当光源照射到编码后的光学介质时，光线将与介质中的记录点相互作用，形成干涉，并在观察者的眼睛中形成全息图像。
这种全息图像能够产生逼真的三维效果，并具有较高的视角和深度感。
数字全息技术的基本原理可总结为将三维物体的信息数字化，并通过算法将其
转化为可编码的光学介质，最终产生逼真的全息图像。
这项技术在许多领域中有广泛的应用，如医学、工程、艺术等。
随着技术的不断发展和改进，我们可以期待数字全息技术在未来的进一步创新和应用。
数字全息技术 (修改版)
数字全息技术的发展
更快的成像速度
数字全息技术的成像速度取决于记录和重建物体三维图像的时间。随着计算机技术和算法 的不断优化，未来的数字全息技术将具有更快的成像速度，能够实时获取和重建物体的三 维图像。这将有助于提高工业检测和安全监控的效率和准确性
20XX
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数字全息技 术
汇报人：XXXXXX
汇报日期：20XX年XX月XX日
-
目录
CONTENTS
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
2
数字全息技术
1
数字全息
技术
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
下面将对数字全息技术的原理、应用和发展进行详细 介绍
1
数字全息技术的原理
பைடு நூலகம்
数字全息技术的原理
数字全息技术的 原理可以分为三 个步骤：物光的 记录、物光的再 现和再现像的观 察
数字全息技术的原理
物光的记录
物光的记录是通过干涉图案的记录实现的。当相干的光 源照射在物体上时，物体会散射出与原始光源相干涉的 衍射光，形成干涉图案。这个干涉图案可以被数字传感 器记录下来，作为物光的第一步记录
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
当物体与全息图平面的距离远大于物体的尺寸 时 ,我们可以利用离散逆菲涅耳变换重建原物像[3 ] , 即
M- 1 N- 1
( m , n) = u′
j =0
∑∑h ( j , l ) r ( j , l ) ・
l =0
exp
( Δ ζ + lΔ η ) exp i2 π λ j d′
3. 2 卷积法
由于衍射积分可以看作是物波函数与自由空间 脉冲响应函数
图1 光学全息示意图 (a) 传统的光学全息 ; ( b) 计算全息 ; (c) 数字全息
) = g ( x′ , y′ ,ζ,η
2 ) 2 + (η - y′ )2 1 exp i k d′ + (ζ - x′ 2 iλ ) 2 + (η - y′ )2 d′ + (ζ - x′
物理学和高新技术
数字全息技术的原理和应用 3
郑德香 张 岩 沈京玲 张存林
( 首都师范大学物理系 北京 100037)
摘 要 数字全息是随着现代计算机和 CCD 技术发展而产生的一种新的全息成像技术 . 文章主要介绍数字全息 技术的基本原理 ,数字全息重建中的主要方法以及数字全息技术以其独特的优点在各个领域中的应用 . 关键词 数字全息 ,图像重建 ,微结构检测
其中 G 代表菲涅耳变换算符 , A = G G , a1 , <1 , a2 , <2 分别是光波在物体平面和全息图平面上的振幅 和相位分布 . 杨 - 顾算法也是一种相当重要的方法 , 它不仅解决了一般位相恢复算法中能量损失的问 题 ,而且适用于多波长和多平面系统 ,基本不受初始 值的影响 ,因此采用杨 - 顾位相恢复算法处理的重 建图像具有更高的分辨率 . 图 ( 2) 给出了利用杨 - 顾 算法重建纯吸收物体全息图的一个结果[7 ] , 重建图 像中由头发组成的十字叉丝十分清晰 . 除了上述的几种方法外 ,小波变换 [8 ] ,分数傅立 叶变换 [9 ] 等都可以用来进行数字全息的重建 , 这里 就不再一一赘述 .
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
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数字全息显微技术
数字全息显微术是把数字全息和全息显微相结合,用CCD代替传统的全息干板实现全息显微过程。
数字全息显微术与传统的显微术相比能够记录和再
现物体的三维信息、具有较高的分辨率、对样本的影响较小、设备简单等优
点。
因此它广泛应用于生物细胞观测、微观粒子成像和跟踪、聚合物粒子生长
检测、微电路的检测等多个领域。
论文从光学全息的原理出发,介绍了数字全息的记录和再现原理。
分析并讨论了实现数字全息应该满足的实验条件。
研究了
透射式傅里叶变换全息术基本理论,并设计了实验光路,通过傅里叶变换法得到
物体的再现像。
讨论了数字全息显微术的两种放大方式,并重点研究了预放大离轴菲涅耳数字全息显微术。
设计预放大离轴菲涅耳全息光路,并对洋葱细胞和百合的茎细胞进行了再现,通过对分辨率板的定标的方法,测量了草履虫的大小。
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