计算全息再现图像
计算全息图的制作及数字再现
计算全息图的制作及其数字再现物理科学与工程技术学院作者姓名：杨煦、杨康明指导老师：蔡志岗教授摘要：计算机制全息图是制作全息图的一种新技术，它是利用数字计算机来综合的全息图，它不需要物体的实际存在，而是把物波的数学描述输入计算机处理后，控制绘图仪输出或显示器显示二制成的全息图。
计算全息图的数字再现是利用计算机模拟光学全息的光路，仿真菲涅尔衍射、透镜傅里叶变换等光学过程从而在虚拟的观察屏上得到全息再现像。
关键词：计算全息数字再现一、引言：早在1965年，Kozman和Kelly就提出了计算机生成全息图（Computer Generated Holography，简称CGH）的概念，那时受计算机速度、容量和显示器分辨率等因素的约束，直到80年代中期以前计算机全息图的研究一直未取得大的进展。
国内对全息技术的研究主要集中在物理光学领域。
而目前由于计算机技术的发展以及计算机硬件的进步，已经可以制作空间带宽积很大的计算全息图，但是由于输出设备的精度问题，难以制作质量很高的全息图。
因此我们将以此为研究重点，希望从编码方法上有所突破，解决这个问题。
二、实验原理计算全息图的制作和再现过程主要分为以下几个步骤：1、抽样，得到物体或波面在离散样点上的值；2、计算，计算物光波在全息平面上的光场分布；3、编码，把全息平面上光波的复振幅分布编码成为全息图的透过率变化；4、成图，在计算机控制下，将全息图的透过率变化绘制成图，如果绘图设备分辨率不够，则绘制一个较大的图，再缩版到得到使用的全息图；5、再现，这一步骤与光学全息图的再现没有什么区别。
制作一个傅立叶变换全息图的典型流程如下：（一）、抽样抽样包括对输入图像的抽样和对全息图的抽样。
实际上，输入图像和全息图像的信号都是连续的。
而计算机只能对离散的数据进行处理，所以必须对物光和全息图像进行离散化，即抽样处理。
由空间带宽积的传递不变性可以知道，在全息图平面上的空间带宽积SW 应该和物体的空间带宽积SW 相等。
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。
非线性限幅傅里叶计算全息的数字水印方法
第31卷 第2期光 学 学 报V ol.31,N o.22011年2月ACTA OPTICA SINICAFebruary,2011非线性限幅傅里叶计算全息的数字水印方法陈大庆 周 皓 陶 智 顾济华(苏州大学物理科学与技术学院,江苏苏州215006)摘要 基于信息光学理论提出了一种非线性限幅傅里叶计算全息的信息隐藏方法,使数字水印具有更好的稳健性。
在传统傅里叶变换全息基础上提取计算全息图的振幅和相位,将相位信息作为输入函数,振幅信息转换成偏置函数,经过非线性限幅处理后得到二元傅里叶计算全息图。
由于二元全息图比普通全息图具有更强的抗噪性能,从而大大提高了数字水印的稳健性。
为了提高水印的抗压缩能力,通过离散余弦变换在频域嵌入宿主图像中。
理论分析和仿真实验表明,该技术对有损压缩、剪切和滤波等多种图像处理操作均具有很高的稳健性,比传统傅里叶计算全息水印的稳健性有很大提高。
关键词 傅里叶光学;信息光学;数字水印;非线性限幅;计算全息中图分类号 O438 文献标识码 A do i :10.3788/AO S 201131.0207002Fourie r Compute r Ge nerate d Hologram Digital Wate rmarkingwith Nonlinear Amplitude LimitingChen Daqing Zhou Hao Tao Zhi Gu Jihua(School of Physica l Science a n d T echnology ,S oochow Univ er sity ,Su zhou ,Jia n gsu 215006,Chin a )Abstract A new approach of Fourier computer generated hologram (CGH)digital waterm arking with nonlinear a mplitude limiting is proposed,which realizes better robustness.The a mplitude and phase are extracted on the basis of traditional Fourier transform holography.Binary Fourier hologra m is formed by nonlinear amplitude limiting a lgorithm when the phase information as input function and the amplitude information transferred into a bias function,because the binary hologram has stronger anti interference property than the normal hologra m,and the digital waterma rking of much better robustness c an be obtained.To improve the watermark s resistance to compression,hologram is embedded in the frequency doma in through discrete cosine transform.Theoretical analysis and numeric al experiments show that the algorithm has more robustness to image lossy c ompression,cropping and filter,c om pared with the algorithm based on traditional Fourier CG H waterm arking.Key words Fourier optics;information optics;digital waterm arking;nonlinear amplitude limiting;computer generated hologramOCIS co des 070.0070;070.4560;090.0090;090.1760收稿日期:2010 05 17;收到修改稿日期:2010 06 23作者简介:陈大庆(1971 ),男,博士研究生,讲师,主要从事信息光学及数字水印等方面的研究。
211181392_调频加网对于全息再现图像的影响
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。
白光再现全息照片
白光再现全息照片 姓叶兰芝 学号 100101112 专业 10级测控【摘要 】简述了激光全息照相的原理 ,设计出全息照相的拍摄光路 ,探索出能成功拍出全息图的方法以及能实现白光再现的实验参数。
总结出拍摄反 射全息的条件，并能了解全息照相和普通照相的区别，以及全息照相的应 及开拓。
【关键字 】 反射全息照相；全息记录；白光再现 全息照相技术是六十年代初随着激光的出现而蓬勃发展起来的一门新学科， 新技术。
全息照相在感光材料上记录的不是一幅图象， 而是物体光波的振幅位相。
因此，全息照相与一般照相不同， 它具有各种特异的性质， 在现代光学史中占有 十分重要的地位。
用于白光再现的全息图称“反射全息图” 。
因为它的光路非常 简单、容易制作，并且可用白光再现，所以特别具有吸引力。
1 实验原理反射全息图实际上是一个三维全息图。
如图（ 1）a 所示。
在两束相干光重叠 的区域，都将发生干涉现象， 形成的条纹平行于两束光的夹角的角平分线， 即在 三维空间内产生干涉条纹。
如果将具有很厚感光层的全息干板置于干涉区域 （其 厚度比干涉区域内产生干涉条纹的间距还大很多） ，就能在感光层中形成银粒的 密度分布， 它对应于三维的干涉条纹。
这种记录了三维干涉条纹的全息干板， 即 称为“三维全息照片” 。
在反射全息图制作中，参考光和物光分别从全息干板的正反两面照射，因而 在干板感光层中形成平行于感光面的一层一层的干涉面，如图（ 1）。
图（ 1） 三维空间内的干涉条纹 照相底片经显a ）干涉条纹的产生b ）干涉条纹的记录参考光 物光干涉条纹参考光影后，在干涉极大处银密度较高，形成了高密度的银粒层，也是一个类似镜面的小反射平面，称为“布拉格平面” 。
设相邻两布拉格面之间的距离为d，则由图（1）b 的几何关系可得d=λ/2sinθ（4）其中λ为参考光和物光的波长。
再现时，如图（2 ）所示，用一平面波来照射，在含有布拉格平面的厚感光层中，由于布拉格平面反射形成再现光，有图（2）的几何关系可得2dsinψ =λ（5）式中，ψ 又称为“布拉格角” ，λ为入射光波长，式称“布拉格条件”。
用计算全息再现彩色图像
提要 ： 开绍 一 种用 计 算垒 息再 现彩 色 图像 的方 ｊ 它 由 白光光 源照 明 。文 中蛤 出理 论 分 析 和相 应 的 实验 结 果 ， 对 相 关 问题 击， 井
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计算机制全息图
本科毕业设计（论文）题目计算机制全息图学生姓名张攀学号**********教学院系理学院专业年级应用物理学2009级指导教师段茜职称讲师单位西南石油大学理学院辅导教师职称单位完成日期2013 年 6 月10 日Southwest Petroleum UniversityUndergraduate Graduation Design(Thesis)Title Computer Generated HologramName Zhang Pan No. 0917030140 Department College of ScienceMajor & rade Application physical level of 2009 Tutor Duan Xi Title Lecturer Unit College of Science SWPU Advisor TitleUnitCompletion Time2013/6/10摘要全息照相技术是一种迅速发展起来得成像新技术，它在理论与实践中取得了很大成绩，不仅得到了光学领域还有其他领域的广泛关注。
全息术包括波面的记录和波前的再现两个主要步骤。
再现原始物应用的是白光或者单色光照射于波面记录在记录介质上的全息图。
根据在全息术中使用的可见光波、微波、声波和射频波，我们把制作的全息图依次叫做光学全息图、无线电全息图和声全息图。
经典的物理方法对全息显示的记录介质的分辨率及记录装置的灵敏度要求都非常高；而且由于记录和重现是两个独立的过程，只能显示静止的图像，无法动态、实时的显示。
计算机技术和微电子技术迅猛发展为全息显示带来了新的希望，高分辨率的空间光调制器以及数字投影装置的发展为全息显示技术的研究提供了新的工具。
计算机制全息图是制作全息图的一种新技术，它是利用数字计算机来制作的全息图，它不需要物体的实际存在，而是把物波的数学描述输入计算机处理后，控制绘图仪输出或显示器显示二制成的全息图。
计算全息文档
计算全息引言全息术是一种记录并再现三维图像的技术，它在许多领域中有广泛的应用，包括实时图像传输、三维显示和光学存储等。
计算全息是实现全息图像的一种方法，它利用计算机生成的数据和算法来生成全息图像。
基本原理计算全息的基本原理是将物体的三维信息转换为光学波束的相位和幅度信息。
这个过程包括两个步骤：获取物体的三维信息和将三维信息转换为全息图像。
获取物体的三维信息为了获取物体的三维信息，常用的方法是使用光学传感器或摄像机。
这些设备可以捕捉到物体的形状和表面细节。
另外，也可以使用3D扫描技术来获取物体的点云数据，然后利用这些数据生成全息图像。
将三维信息转换为全息图像一旦获取到物体的三维信息，就可以将其转换为全息图像。
这个过程涉及到两个方面：光学重建和数值计算。
在光学重建中，利用光的干涉原理来重建物体的三维图像。
而在数值计算中，通过对物体的数值模型进行计算，生成对应的全息图像。
计算全息的算法计算全息的算法可以分为两大类：离轴全息算法和同轴全息算法。
离轴全息算法离轴全息算法是一种常用的计算全息方法。
它使用两个光路来产生全息图像：一个用于记录参考波，另一个用于记录物体波。
这两个光路产生的干涉图像被记录在光敏介质上，并且以一定的角度错开。
最后，通过对这些干涉图像进行数值处理和重建，就可以得到全息图像。
同轴全息算法同轴全息算法是另一种常用的计算全息方法。
它使用一个光路来同时记录参考波和物体波。
这样，干涉图像的记录变得更加简单和精确。
同轴全息算法可以通过在光路中引入非线性元件来实现，例如使用光电晶体或液晶。
计算全息的应用计算全息在许多领域中有广泛的应用。
实时图像传输计算全息可以实现实时图像传输。
通过计算机生成全息图像，并使用激光或其他光源将其投影到目标位置上，就可以实现远程图像传输。
三维显示计算全息还可以用于三维显示。
通过生成全息图像，并利用光的干涉原理进行重建，可以实现真实感觉的三维图像显示。
光学存储计算全息在光学存储领域也有重要的应用。
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2.计算全息的理论和模拟再现
光学全息—波前记录和波前再现
第一步.波前记录：记录介质H上的强度分布
I (x, y) U (x, y) 2 O(x, y) 2 R(x, y) 2 O(x, y)R*(x, y) O*(x, y)R(x, y)
第二步.波前再现: 全息图的透射光场
波波前前记再录现
计算全息图再现光路示意图 L1，L2为透实镜际，的F光为路低和通实滤验波平器台
3.计算全息的光学再现
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： 1. 各透镜器件准确定位 2. 滤波孔大小的选择 3. 偏振片的调制
3.计算全息的光学再现
CCD的观测结果
罗曼型迂回相位编码模拟和光学再现像
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
• 理论分析 • 计算机仿真 • 实验
4.总结和展望
应用领域
• 图像动态显示 • 制作各种滤波器 • 三维全息 • 彩色全息
4.总结和展望
计算全息再现图像的研究
THANK YOU
离轴全息图的空间频谱
2.计算全息的理论和模拟再现
罗曼III型迂回相位编码图及其计算机模拟再现
抽样，编码
计算机模拟再现
2.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
抽样，编码
计算机模拟再现
3.计算全息的光学再现
主要实验仪器—LCD和CCD
空间光调制器-透射式LCD屏
接收端-CCD摄像头
1. 研究背景和论文的主要工作
计算全息图(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
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
3.计算全息的光学再现
实验光路示意图
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LCD空间光调制 器上，经过L1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L2的作用是保留滤 波器F，避免激光功率在L1的焦距处功率过高而使CCD损坏，同时，低通滤波器F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。
博奇型修正离轴参考光编码
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
h(x, y) 0.5{1 A(x, y) cos[2 x (x, y)]}
迂回相位编码法编码单元
Lmn
Amn , Pmn
mn 2 K
空间频率分布 (a) 物光波的空间频谱范围 (b) 光学
CCD的分辨率 2. 噪声的影响
3. 激光器功率的影响
4. 原图本身的复杂程度
3.计算全息的光学再现
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CCD观测到的再现图像
工作总结
2.计算全息的理论和模拟再现
计算全息的制作和再现过程
1. 抽样 — 抽样定理 2. 编码 — 几种计算全息编码
傅立叶变换计算全息图的生成和再现
3. 成图 — 绘图仪或者其他成图设备 4. 再现 — 数字重现和光学再现
2.计算全息的理论和模拟再现
傅利叶计算全息图的制作
罗曼III型迂回相位编码
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 通光孔径中心与抽样单元中心的位置编码相位
计算全息再现图像的研究
F1307202班 张一鸣 导师 冯仕猛
1. 研究背景和论文的主要工作 2. 计算全息的理论和模拟再现 3. 计算全息的光学再现 4. 总结和展望
Contents
1. 研究背景和论文的主要工作
本次论文的主要工作
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
MATLAB模拟图
CCD实拍图
3.计算全息的光学再现
CCD的观测结果
博奇型修正离轴参考光编码模拟和光学再现像
MATLAB模拟图
CCD实拍图
3.计算全息的光学再现
CCD的观测结果
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 计算机模拟图，主要有以下几个原因：
LCD的分辨率 1. 分辨率