運用數(shù)字全息顯示物體-預覽頁
【正文】 的光學全息相比，數(shù)字全息有其突出的優(yōu)點。數(shù)字重建還可以方便地進行數(shù)字聚焦，容易實現(xiàn)三維觀測。然而，數(shù)字全息卻也存在一些難以忽視的缺點。如將數(shù)字全息應用于力學變形測量。（5）數(shù)字全息粒子場測試[8]：全息術(shù)應用于粒子場測試是全息術(shù)的一個重要應用。該方法同軸全息與離軸全息均適用，去除零級像與共軛像的效果也好，只是記錄的時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，再利用光的衍射，使物光波在一定條件下再現(xiàn)，其過程分為記錄和再現(xiàn)兩步[5]。 光源S在空間某點P的光振動為： （21） 其中r為P點到光源S的距離，為光波自光源S傳到P點引起的相位。第三項是干涉項，包含了物光波的振幅和位相信息。它的作用相當于一個線性變換器，它把曝光期間內(nèi)的入射光強線性地變換為顯影后負片的振幅透過率。全息圖可以當成一塊復雜的光柵，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”，實驗上可以采取一定的手段來減小這種噪聲。1. 用原參考光波進行再現(xiàn)，即，則此時 (211) (212)是均勻的再現(xiàn)光波光強，因此，是原理物光波波前的準確再現(xiàn)，可以觀察到物體的虛像，這一項是全息圖衍射光場中的級光波。而再現(xiàn)了物光波前的共軛波，給出了原始物體的一個實像，但是出現(xiàn)了景深反演，即原來近的部位變遠了，原來遠的部位變近了，通常稱之為贗實像。在同軸全息中，物光波與參考光波之間的光軸夾角為零。第三項正比于物光波復振幅，再現(xiàn)了原始物光波前，產(chǎn)生原始物體的一個虛像。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衍射光波重疊。在實際情況下，只要選擇適當?shù)奈飬A角，就可以在全息圖再現(xiàn)的時候令其衍射光場的零級衍射光和級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發(fā)生干擾。并且便于圖像的數(shù)字化儲存和實時處理，有利于全息術(shù)更廣泛的應用。 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振幅分布分別為和，則全息記錄平面上干涉條紋的強度分布為： (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，像素深度又稱比特深度，它是一幅圖像中為描繪每一個像素所能夠給予的比特數(shù)量，決定了圖像的灰度等級。 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)上干涉條紋的強度分布為： (217)式中*表示卷積。其相應的離散形式為： (222)與光學全息一樣，數(shù)字全息圖再現(xiàn)后，仍然有四項。 全息的記錄是一個干涉過程，再現(xiàn)是一個衍射過程，在第三章中的實驗中，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，所以有必要先對光波的菲涅爾衍射理論作一簡要的回顧探討。對于這個成像系統(tǒng)，只要在物場給定一個輸入函數(shù)，就能在像場得到一個輸出函數(shù)。第三章 數(shù)字全息實驗研究在此章中，我們將應用上面所講的原理，做一些數(shù)字全息實驗，在這些實驗中，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）一個給定CCD象素大小為，根據(jù)采樣定理，一個條紋周期要至少等于兩個象素周期，即，記錄的信息才不會失真。（2）物體被放在離CCD很遠的地方。綜上，在數(shù)字全息中要想獲得較好的重現(xiàn)效果，需要綜合考慮實驗參數(shù)，合理地設(shè)計實驗光路。在本實驗中，我們選用光柵作為平面透明物體。在本章中，我們對數(shù)字全息實驗光路做了基本分析，并分別對平面透明物體與三維立體物體進行了數(shù)字全息實驗，并用菲涅耳衍射算法重現(xiàn)了圖像。在實驗中由于條件限制，成像可能不清楚。從實現(xiàn)上看，近年來，隨著計算機的改進，計算機的軟件功能已經(jīng)很強大了，再加上計算機的硬件配置的優(yōu)化。因此，數(shù)字全息的應用將更加的廣泛，如細胞的數(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)學等方面作出新的貢獻；在紙幣上加上水印防偽；對珍貴物品進行數(shù)字全息拍攝，可以詳細記錄物體信息，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，更真實等等。信息光學[M]，四川大學出版社，1995。數(shù)字全息圖再現(xiàn)像的分析計算[J]。光學學報，2002，22（4）：427431。多光束數(shù)字全息的研究。蘇州大學物理科學與技術(shù)學院，中國 蘇州 215006。[9] 施鵬飛，趙立初。數(shù)字全息理論及應用研究。碩士學位論文，大連理工大學，2005。致謝在本論文完成之際，首先要衷心地感謝我的指導老師顧濟華教授。
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