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正文內(nèi)容

運(yùn)用數(shù)字全息顯示物體-預(yù)覽頁(yè)

 

【正文】 的光學(xué)全息相比,數(shù)字全息有其突出的優(yōu)點(diǎn)。數(shù)字重建還可以方便地進(jìn)行數(shù)字聚焦,容易實(shí)現(xiàn)三維觀測(cè)。然而,數(shù)字全息卻也存在一些難以忽視的缺點(diǎn)。如將數(shù)字全息應(yīng)用于力學(xué)變形測(cè)量。(5)數(shù)字全息粒子場(chǎng)測(cè)試[8]:全息術(shù)應(yīng)用于粒子場(chǎng)測(cè)試是全息術(shù)的一個(gè)重要應(yīng)用。該方法同軸全息與離軸全息均適用,去除零級(jí)像與共軛像的效果也好,只是記錄的時(shí)候必須記錄多幅全息圖。全息照相利用光的干涉把物光波的振幅和相位記錄下來(lái),再利用光的衍射,使物光波在一定條件下再現(xiàn),其過(guò)程分為記錄和再現(xiàn)兩步[5]。 光源S在空間某點(diǎn)P的光振動(dòng)為: (21) 其中r為P點(diǎn)到光源S的距離,為光波自光源S傳到P點(diǎn)引起的相位。第三項(xiàng)是干涉項(xiàng),包含了物光波的振幅和位相信息。它的作用相當(dāng)于一個(gè)線性變換器,它把曝光期間內(nèi)的入射光強(qiáng)線性地變換為顯影后負(fù)片的振幅透過(guò)率。全息圖可以當(dāng)成一塊復(fù)雜的光柵,再現(xiàn)光波經(jīng)全息圖衍射后,就含有再現(xiàn)的物光波,觀察者迎著再現(xiàn)光波的方向,透過(guò)全息圖就可以看到物體的虛像。另外,中系數(shù)也只能調(diào)制再現(xiàn)光波的振幅信息,這實(shí)際上是再現(xiàn)光波經(jīng)歷分布的一張底片的衍射,使再現(xiàn)光波多少有些離散而出現(xiàn)雜光,這是一種“噪聲”,實(shí)驗(yàn)上可以采取一定的手段來(lái)減小這種噪聲。1. 用原參考光波進(jìn)行再現(xiàn),即,則此時(shí) (211) (212)是均勻的再現(xiàn)光波光強(qiáng),因此,是原理物光波波前的準(zhǔn)確再現(xiàn),可以觀察到物體的虛像,這一項(xiàng)是全息圖衍射光場(chǎng)中的級(jí)光波。而再現(xiàn)了物光波前的共軛波,給出了原始物體的一個(gè)實(shí)像,但是出現(xiàn)了景深反演,即原來(lái)近的部位變遠(yuǎn)了,原來(lái)遠(yuǎn)的部位變近了,通常稱(chēng)之為贗實(shí)像。在同軸全息中,物光波與參考光波之間的光軸夾角為零。第三項(xiàng)正比于物光波復(fù)振幅,再現(xiàn)了原始物光波前,產(chǎn)生原始物體的一個(gè)虛像。孿生像的存在也大大降低了再現(xiàn)像質(zhì)量。離軸全息圖不僅可以消除同軸全息圖中共軛像的干擾,還能使成像光波不與零級(jí)衍射光波重疊。在實(shí)際情況下,只要選擇適當(dāng)?shù)奈飬A角,就可以在全息圖再現(xiàn)的時(shí)候令其衍射光場(chǎng)的零級(jí)衍射光和級(jí)衍射光在方向上相互分離,從而提高再現(xiàn)像的襯度,也使得孿生像之間不會(huì)發(fā)生干擾。并且便于圖像的數(shù)字化儲(chǔ)存和實(shí)時(shí)處理,有利于全息術(shù)更廣泛的應(yīng)用。 數(shù)字全息的記錄和再現(xiàn)原理設(shè)全息記錄平面上的物光波和參考光波的復(fù)振幅分布分別為和,則全息記錄平面上干涉條紋的強(qiáng)度分布為: (215)數(shù)字全息的記錄介質(zhì)是CCD,而CCD記錄的是離散的光強(qiáng)分布。像素的數(shù)目越高,圖像分辨率就越高,圖片/影像質(zhì)量也越好。除了以上有關(guān)CCD芯片的尺寸之外,采集到的圖像的質(zhì)量還受像素的深度影響,像素深度又稱(chēng)比特深度,它是一幅圖像中為描繪每一個(gè)像素所能夠給予的比特?cái)?shù)量,決定了圖像的灰度等級(jí)。 CCD的像素結(jié)構(gòu)設(shè)為像素的積分孔徑,通常CCD的孔徑為矩形形狀,CCD的孔徑表示為,則像素的積分孔徑為: (216)則數(shù)字全息記錄平面(即CCD靶面)上干涉條紋的強(qiáng)度分布為: (217)式中*表示卷積。其相應(yīng)的離散形式為: (222)與光學(xué)全息一樣,數(shù)字全息圖再現(xiàn)后,仍然有四項(xiàng)。 全息的記錄是一個(gè)干涉過(guò)程,再現(xiàn)是一個(gè)衍射過(guò)程,在第三章中的實(shí)驗(yàn)中,我們將用此算法重現(xiàn)圖像。而我們本文所討論的全息成像理論也正是建立在菲涅爾衍射基礎(chǔ)之上的,所以有必要先對(duì)光波的菲涅爾衍射理論作一簡(jiǎn)要的回顧探討。對(duì)于這個(gè)成像系統(tǒng),只要在物場(chǎng)給定一個(gè)輸入函數(shù),就能在像場(chǎng)得到一個(gè)輸出函數(shù)。第三章 數(shù)字全息實(shí)驗(yàn)研究在此章中,我們將應(yīng)用上面所講的原理,做一些數(shù)字全息實(shí)驗(yàn),在這些實(shí)驗(yàn)中,我們均將采用離軸系統(tǒng)。設(shè)物光和參考光在全息圖表面上的最大夾角為,則CCD平面上形成的最小條紋間距為: (31)所以,全息圖表面上光波最大空間頻率為: (32)一個(gè)給定CCD象素大小為,根據(jù)采樣定理,一個(gè)條紋周期要至少等于兩個(gè)象素周期,即,記錄的信息才不會(huì)失真。(2)物體被放在離CCD很遠(yuǎn)的地方。綜上,在數(shù)字全息中要想獲得較好的重現(xiàn)效果,需要綜合考慮實(shí)驗(yàn)參數(shù),合理地設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)光路。在本實(shí)驗(yàn)中,我們選用光柵作為平面透明物體。在本章中,我們對(duì)數(shù)字全息實(shí)驗(yàn)光路做了基本分析,并分別對(duì)平面透明物體與三維立體物體進(jìn)行了數(shù)字全息實(shí)驗(yàn),并用菲涅耳衍射算法重現(xiàn)了圖像。在實(shí)驗(yàn)中由于條件限制,成像可能不清楚。從實(shí)現(xiàn)上看,近年來(lái),隨著計(jì)算機(jī)的改進(jìn),計(jì)算機(jī)的軟件功能已經(jīng)很強(qiáng)大了,再加上計(jì)算機(jī)的硬件配置的優(yōu)化。因此,數(shù)字全息的應(yīng)用將更加的廣泛,如細(xì)胞的數(shù)字全息圖的再現(xiàn)算法,也將使得數(shù)字全息在生物、醫(yī)學(xué)等方面作出新的貢獻(xiàn);在紙幣上加上水印防偽;對(duì)珍貴物品進(jìn)行數(shù)字全息拍攝,可以詳細(xì)記錄物體信息,并建立數(shù)字信息;隨著彩色全息技術(shù)的完善,未來(lái)的照片與電影技術(shù)都面臨著巨大的變革,使得圖像更立體,更真實(shí)等等。信息光學(xué)[M],四川大學(xué)出版社,1995。數(shù)字全息圖再現(xiàn)像的分析計(jì)算[J]。光學(xué)學(xué)報(bào),2002,22(4):427431。多光束數(shù)字全息的研究。蘇州大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,中國(guó) 蘇州 215006。[9] 施鵬飛,趙立初。數(shù)字全息理論及應(yīng)用研究。碩士學(xué)位論文,大連理工大學(xué),2005。致謝在本論文完成之際,首先要衷心地感謝我的指導(dǎo)老師顧濟(jì)華教授。
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