计算傅里叶变换全息

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计算全息实验二

计算全息实验二

实验注意事项(必读)1.提前预习,没有弄清楚实验内容者,禁止接触实验仪器。

2.注意激光安全。

绝对不可用眼直视激光束,或借助有聚光性的光学组件观察激光束,以免损伤眼睛。

3.注意用电安全。

He-Ne激光器电源有高压输出,严禁接触电源输出和激光头的输入端,避免触电。

4.注意保持卫生。

严禁用手或其他物品接触所有光学元件(透镜、反射镜、分光镜等)的光学表面;特别是在调整光路中,要避免手指碰到光学表面。

5.光学支架上的调整螺丝,只可微量调整。

过度的调整,不仅损坏器材,且使防震功能大减。

6.实验完成后,将实验所用仪器摆放整齐,清理一下卫生。

实验过程中要切记以上注意事项。

如有违犯,将严重影响你的实验成绩!计算全息(二)修正离轴干涉型与相息图编码计算全息是利用计算机设计制作全息图或衍射光学元件的技术。

从原理上,计算全息和光学全息没有什么本质差别,所不同的是产生全息图的方法。

光学全息是直接利用光的干涉特性,通过物波和一束相干参考波的干涉将物波的振幅和位相信息转化成一幅干涉条纹的强度分布图,即全息图。

光学全息记录的物体必须是实际存在的。

而计算全息则是利用计算机程序对被记录物波的数学描述或离散数据进行处理,形成一种可以光学再现的编码图案,即计算全息图。

他不需要被记录物体的实际存在。

由于计算全息图编码的多样性和波面变换的灵活性,以及近年来计算机技术的飞速发展,计算全息技术已经在三维显示、图像识别、干涉计量、激光扫描、激光束整形等研究领域得到应用。

最近计算全息领域的新进展是利用高分辨位相空间光调制器实现了计算全息图的实时再现,这种实时动态计算全息技术已经在原子光学、光学微操纵、微加工、软物质自组织过程的控制等领域得到成功的应用,显示了计算全息技术的巨大应用发展前景。

计算全息除了其在工业和科学研究方面的应用价值,也是一个非常好的教学工具。

要做好一个计算全息图,既要熟悉衍射光学、光全息学等物理知识,还要了解抽样理论、快速傅里叶变换、调制技术和计算机编程方面的知识。

全息术体积和计算全息综述

全息术体积和计算全息综述
O kg
kr
q1 q q2
ko.
z
R
d 这是一个周期为Lkg的正弦型图样, d 形成等间距的平面族结构,其等强度面垂直于光栅矢量kg。 用感光材料将干涉图样记录下来成为厚衍射光栅, 或体全息图。
体光栅的条纹面与两束光的夹角θ 应满足关系式
x
θ = (θ
参考光在介质 内的入射角
1
- θ 2 )/2
光学全息 1.真实存在的物体 2.干涉条纹位置强度和 反衬度实现编码
计算全息 1.非物理实在的物体 2.编码方式多样
计算全息图理论基础
一般计算全息的制作过程分为五步
(1)抽样(2)计算(3)编码(4)绘制和缩小(5)再现
以下是傅里叶变换全息图的制作流程
数学函数
抽样得离散 样点分布
离散傅里叶变换
离散傅里叶变 换谱
1.2、体积全息图:再现条件
再现时,把条纹面看作反射镜面,则只有当相邻条纹面的 反射光均满足同相相加的条件(光程差等于一个波长)时, 才能使衍射光达到极强——布拉格条件。 单个条纹面上的衍射主极大出现在反射方向
2Λ sinf =λc
再现光与条纹 平面的夹角
布拉格条件 再现光在介质 内的波长
f
L
2Λ sinθ = λ
物光在介质 内的入射角
O
L
q1 q q2
z
kg
体光栅常数Λ 满足关系式: 2Λ sinθ = λ 记录光波在介 质内的波长
R d d
记录光与条纹平面的夹角
体光栅常数Λ 满足关系式:
2Λ sinθ = λ
参考波指向z方向,而物波与z轴夹角为2q
x

z
q
L d
kg

计算生成全息

计算生成全息

摘要目前,全息术已经投入到日常生活很多方面的使用之中,包括数据存储,安全性能和干涉技术。

本文介绍了一种计算生成全息图的算法来制作全息图和重建光学图像。

我们使用光线追踪法来模拟光线从一个场景点源传播,将所产生的干涉条纹图案投影在全息干板上。

利用所掌握的知识,我们制作和重建了数字化记录的全息图像。

第一章简介更为科学的描述限定了全息图形成时散射的一些对象的电磁波干扰的相干参考光束的强度的图案。

第二章理论2.1 同轴点光源一般来说,可以使用相干光与点光源干涉来创建全息图。

在图2.1中,入射光与点光源P衍射,在P周围两个相干波产生干涉现象,所产生的衍射图案出现在胶片的全息平面上。

2.2 离轴全息图的记录2.3 离轴入射光2.4 多个点光源我们可以扩展上述参数到多个离轴点源。

考虑到一个复杂物体是由无限个点光源组成的,从各个点光源传播的光与入射光在全息干板上形成独特的衍射图。

这个衍射图案会与全息场景中的其他点光源形成的衍射图干涉最终得到物体的全息图。

一旦经相干光源照射,全息中的每个衍射图将重构每个点源,从而重构原始三维场景。

2.5 实用的全息术激光光源被分成两束,一束光照射在全息干板上,另一束是照射物体并投射到全息干板上,从而形成在前面的章节中描述的复杂的干涉图案,它记录了原始物体每个物点的图像信息。

2.6 数字全息图2.6.1 计算生成全息图计算生成全息理论应用在通过使用计算机来模拟一个虚拟的全息拍摄图片。

最简单地,用程序设计一个场景中的每个点光源从而产生全息图。

空间中的任意点的光分布方程如下光线追踪法光线追踪法通过计算从各点光源发出的球面波,跟踪其路径得到每一个采样像素的全息图。

因此,我们可以用相干点光源构造三维场景,并计算出这个场景中的任意全息图。

傅里叶变换全息图光线追踪法可以有效地计算出虚拟物体的傅里叶变换并生成全息图,然而还有更快的方法来计算各个点的光场分布。

这样的方法被称为傅里叶变换方法。

它利用快速傅里叶变换(FFT)算法来计算相同的光场分布,比光线追踪法更快。

MATLAB中二元傅里叶变换计算全息图的算法

MATLAB中二元傅里叶变换计算全息图的算法

MATLAB中二元傅里叶变换计算全息图的算法
陈家祯;郑子华;陈利永
【期刊名称】《福建师范大学学报:自然科学版》
【年(卷),期】2003(19)3
【摘要】介绍利用MATLAB语言实现二元傅里叶变换计算全息图的制作.相对于传统的编程语言,该算法实现上更加简单和快捷,并且在算法实现上采用一系列计算全息图的质量提高措施,以减少再现像的失真.实验结果表明MATLAB是研究计算全息的有效工具之一.
【总页数】4页(P22-25)
【关键词】计算全息;计算机;计算全息图;制作方法;MATLAB;二元傅里叶变换;算法设计;编码方式;全息光学
【作者】陈家祯;郑子华;陈利永
【作者单位】福建师范大学计算机科学系
【正文语种】中文
【中图分类】TP391.41;O438.1
【相关文献】
1.用MATLAB制作二元傅里叶变换计算全息图 [J], 王永瑛;张光明;姜先策;吴娜娜
2.提高计算全息图再现质量的迭代傅里叶变换算法 [J], 陈怀新;陈祯培
3.基于迭代傅里叶变换的3维全息图计算新方法 [J], 裴闯;蒋晓瑜;王加;宗艳桃
4.分数傅里叶变换的快速算法及计算全息图的研究 [J], 史东;曹玉茹;张子云;韦穗
5.二元计算全息图两种制作算法的研究 [J], 盛兆玄;王红霞;何俊发;张琳丽
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第七章 光全息术2-像全息图、彩虹全息图1

第七章 光全息术2-像全息图、彩虹全息图1
到达记录平面的光复振幅是它们的傅里叶频谱之和:
UH ℱFOℱFROO fx , f y R fx , f y
O ( xo , yo ) exp [ - j2 ( fx xo f y yo ) ] d xo d yo Ro exp [ j 2 fx b] fx = xf / ( λf )、fy = yf / ( λf ),xf﹑yf为透镜后焦面的空间坐 标,f为透镜焦距
第二步
制作彩虹全息图 H2 以 H1 的共轭实像为“物”, 通过狭缝 S 记录彩虹全息图 H2
H2
S
R1*
记录
O’
R2
H1
再现
Two-Step Rainbow Holography 二步彩虹全息
用单色光再现(共轭光)
R2* (单色光)
H2
S’
再现
在观察再现像时,仿佛也是通过狭缝去看。
Two-Step Rainbow Holography 二步彩虹全息
全息激光幻彩第一币(藏品赏析)
• “幻”是奇异的变化,“彩”是各种颜色的交织。 这两个字组织到一起,幻中有色,色中有变,变中 有新,新中有奇,奇中有绝。这种幻彩表现在金银 币上,自然灵光四动,流光溢彩,别有一番奇妙风 采。2004年9月推出的《全国人大成立50周年》纪 念金银币,是我国贵金属纪念银币生产首次采用全 息激光工艺技术,此套纪念金银币就有这种特殊的 幻彩效果。
§5-4 平面全息图
2、傅里叶变换全息图
再 现 光 路
第三项U:f 3 ℱ 1 R0OF fx , f y exp j2 fxb
RoOF fx , f y exp- j 2 fxbexp j2 fx x 'o f y y 'o dfxdf y

基于迭代傅里叶变换的3维全息图计算新方法

基于迭代傅里叶变换的3维全息图计算新方法

基于迭代傅里叶变换的3维全息图计算新方法裴闯;蒋晓瑜;王加;宗艳桃【摘要】为了进行3维物体全息图的快速运算,在迭代傅里叶变换算法基础上,通过分析透镜的傅里叶变换性质,采用编码球面相位因子的方法,将全息图平行光再现等效为点光源再现.将球面相位因子加入到迭代运算中,获得了具有深度特征的3维物体全息图;同时利用球面相位因子查表运算法简化了相位因子的计算,提高了算法的迭代速度,并基于空间光调制器进行了3维物体的再现实验.结果表明,该算法具有良好的收敛特性,计算的全息图能够在不同距离的像面实现对应层面的物场再现,具有3维的视觉效果.【期刊名称】《激光技术》【年(卷),期】2013(037)003【总页数】6页(P347-352)【关键词】全息;数字全息;迭代傅里叶变换;相位因子;3维图像【作者】裴闯;蒋晓瑜;王加;宗艳桃【作者单位】装甲兵工程学院控制工程系,北京100072;装甲兵工程学院控制工程系,北京100072;装甲兵工程学院控制工程系,北京100072;装甲兵工程学院控制工程系,北京100072【正文语种】中文【中图分类】O438.1全息术因能记录和显示3维图像,吸引了众多科研人员对其进行研究。

3维计算全息技术借助计算机强大的运算和图像处理能力,由人工产生全息图,避免了繁琐、费时、费力的化学处理,其数字重构像具有较强的立体感,真正体现了全息的优势。

3维数字全息技术在地形地貌测量、表面轮廓重构、3维显示、3维物体成像、3维目标识别和医学诊断等领域拥有广阔的应用前景。

目前,3维物体全息图的计算方法主要包括菲涅耳波带法[1-3]、多视角投影法[4-5]和分数傅里叶变换法[6]等。

菲涅耳波带法将物体视为一系列点源,很好地表现物体真实分布,但计算量大,无法适应复杂物体,而且各个菲涅耳波带会互相干扰,影响再现质量。

多视角投影法适合于人眼多角度观察,但是各个角度看到的依旧是2维图像,没有体现3维物体的深度分布。

计算全息图的制作及数字再现

计算全息图的制作及数字再现-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN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。

计算全息图的基本理论与制作

计算全息图的基本理论与制作覃芳【摘要】Compared with traditional optical holography,CGH has been widely used due to its high flexibility, simple realization and the capability to record inexistent object. More and more experts and scholars have dedicated themselves to the research of CGH. After a brief introduction of the basic theory of CGH a fourth-order detour phase encoding method is used to obtain Fourier binary CGH and Fresnel binary CGH based on MatLab. The reconstruction images are explicit and clear in the reconstruction experiment. It s a good reference for research and development of extensive applications of CGH.%与传统光学全息相比,计算全息图因具有极高灵活性,制作简单并且能够记录实际不存在物体的特点而被广泛应用.越来越多的专家和学者致力于研究计算全息图.在介绍计算全息基本理论后,采用四阶迂回相位编码方法,基于MatLab平台分别制作了傅里叶二元计算全息图和菲涅耳二元计算全息图.再现实验中得到的再现像直观明显,对研究和开拓计算全息图更广泛的应用具有参考价值.【期刊名称】《光学仪器》【年(卷),期】2012(034)001【总页数】6页(P16-21)【关键词】计算全息图;傅里叶变换;菲涅耳全息图;再现;MatLab【作者】覃芳【作者单位】上海理工大学光电信息与计算机工程学院,上海200093【正文语种】中文【中图分类】TP336引言随着数字计算机与计算机技术的迅速发展,人们广泛地使用计算机去模拟、运算、处理各种光学过程。

全息术体积和计算全息


反射体全息对波长敏感
C 0 有再现像 C 0 无再现像
0
用白光再现时,得到单色像 不会出现色混淆
“蓝移”现象:再现单色像的波长通常 并不与 0 相同 原因是全息图在化学处理过程中发生了 乳胶收缩
1.4、体积全息图应用例子
电控全息WDM光开关
如果光栅强度与外加直 流电场有关...
1 得到有效的衍射
白光 q
1 3
4 5
f
z
按衍射条件:所有波长的光波都可能得到再现, 但各自的衍射角不同。
按反射条件:反射角等于入射角q
结果:只能有一个波长,其出射方向同时满足两个条件
2Λsinf = λc 布拉格条件
仅当照明光束的入射角和波长同时满足布拉格条件,才能 得到最强的衍射光。若波长或角度稍有偏移,衍射光强将大幅 度下降,并迅速降为零。
1
2Bx 和
1 的抽样值唯一地确定。
2By
函数的还原
将抽样函数作为输入,加到一个低通滤波器上,只要抽样函数 的频谱不产生混叠,总可以选择一个适当的滤波函数,使 Fs( ,)
中,n=0,m=0的项无畸变地通过,而滤去其它各项,这时滤波 器的输出就是复原的原函数,这一过程可由下面框图示意。
f (x, y)
因此,孔径参数与复值函数的关系如下
fmn
2k
d
mn
绘制全息图
Pmn
f mn 2k
Lmn Amn
根据上面方法确定了每个单元开孔尺寸和位置后,就可 以用计算机控制绘图仪产生原图,再经过缩版得到计算全息 图。由于在迂回相位编码方法中,全息图的透过率只有0和1 两个值,故制作简单,噪声低,抗干扰能力强,并可多次复 制而不失真,因而应用较为广泛。

5.3 计算傅里叶变换全息

离散傅里 离散样点分布 叶变换
1
j0
2
j
π 2
3

4
j
3π 2
傅立叶变换计算全息图步骤: 傅立叶变换计算全息图步骤:
物体抽样 编码 全息图面上 傅里叶变换谱 全息透过 率函数
(数学表达式) 数学表达式)
再现 像 计算 全息图
(照相缩版) 照相缩版)
要用到FFT,编码方法和前面介绍的相同。 ,编码方法和前面介绍的相同。 要用到
mn = arctg (
I mn
(5.3.7)
5.3.3
编码
编码的目的是将离散的复值函数 F(m,n) 转换成实的非负值 函数(全息图透过率函数 。可采用前面介绍的方法进行编码。 函数 全息图透过率函数)。可采用前面介绍的方法进行编码。 全息图透过率函数
§ 5.3
5.3.4
计算傅里叶变换全息
绘制全息图
5.3.1
抽样
设物波函数为 f(x,y) ,其 Fourior 变换为 F (x , h ) , 其空域宽度为D x, D y ,频域宽度为 D x , D h ,于是有
f ( x , y ) = a( x , y )e jϕ ( x , y ) jφξ, η F ( ξ ,η ) = A( ξ ,η )e ( )
ü K ï - 1 ï ï ï 2 ï ï ï J - 1 ï ï ï 2 ï ý M ï - 1ï ï ï 2 ï ï ï N ï - 1 ï ï 2 ï þ
(5.3.4)
§ 5.3
5.3.2
计算傅里叶变换全息
计算离散傅里叶变换
¥
连续傅里叶变换可表示为: 连续傅里叶变换可表示为:
F (x , h ) =
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计算傅里叶变化全息原图(秦时明月-卫庄)
离散图(512*512)
计算全息图
再现图
实现程序
%用imread () 函数读入物波函数抽样数据并保存到矩阵A中,这样原始物体就以离散数据形式保存在一个二值矩阵中(矩阵中每个元素非0即1)
Image=imread('zcy6202.jpg');
N=512;
A=zeros(N,N);
B=zeros(N,N);
for I=1:1:256
for J=1:1:256
ImageNum=double(Image(I,J,1));
A(I,J)=ImageNum/255;
B(I,J)=0;
end
end
figure;
imshow(A);
%为降低全息图的动态范围,通过乘随机相位因子的办法来平滑物函数的傅里叶变换谱(起到光学全息中毛玻璃漫射光的作用)
PI=3.14159;
for I=1:1:N
for J=1:1:N
R=rand(1,1);
B(I,J)=A(I,J)*sin(R*2*PI);
A(I,J)=A(I,J)*cos(R*2*PI);
F(I,J)=A(I,J)+j*B(I,J);
end
end
%对物函数做二维快速傅里叶变换(FFT)变换%
F=fft2(F);
Max=max(max(abs(F)));
F=F/Max;
A=real(F);
B=imag(F);
%定义载波参数
alpha=0.5;
for I=1:1:N
for J=1:1:N
Xcos=(J-1)/127;
A1(I,J)=cos(2*PI*alpha*Xcos);
B1(I,J)=sin(2*PI*alpha*Xcos);
end
end
%全息图数据区
for I=1:1:N
for J=1:1:N
Holodata(I,J)=0.5+0.5*(A(I,J)*A1(I,J)+B(I,J)*B1(I,J));
end
end
%绘制全息图,制作灰阶全息图像,灰度等级256 M=512;%定义全息图的大小,
Hologram=zeros(M,M);
S=M/N;%定义每个抽样单元大小为S,S
for I=1:1:N
for J=1:1:N
Xa=(J-1)*S+1;
Xb=J*S;
Ya=(I-1)*S+1;
Yb=I*S;
for Ix=Xa:1:Xb
for Iy=Ya:1:Yb
Hologram(Iy,Ix)=Holodata(I,J);
end
end
end
end
Max=max(max(Hologram));
Hologram=Hologram/Max;
figure;
imshow(Hologram);
%计算傅里叶变换全息的再现
Object=fft2(Hologram);
Object=fftshift(Object);
Object=abs(Object);
Object=1000*Object/max(max(Object)); figure;
imshow(Object);。

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