運(yùn)用數(shù)字全息顯示物體(完整版)
【正文】 3 4 第二章 全息技術(shù)的基本理論 6 6 6 7 9 10 11 12 12 14 14 14 15 15 第三章 數(shù)字全息實(shí)驗(yàn)研究 16 16 17 19 22 第四章 總結(jié)與展望 23 參考文獻(xiàn) 24 致謝 25 25 摘要數(shù)字全息是利用CCD、CMOS攝像機(jī)等數(shù)字光敏電子元件來(lái)代替普通光學(xué)全息中的銀鹽干板記錄全息圖，用計(jì)算機(jī)模擬光學(xué)全息再現(xiàn)過(guò)程將物體準(zhǔn)確的再現(xiàn)出來(lái)。第一代全息圖存在兩個(gè)嚴(yán)重問(wèn)題，一個(gè)是再現(xiàn)的原始像和共軛像分不開(kāi)，另一個(gè)是光源的相干性太差。這就是離軸全息術(shù)，這是全息術(shù)發(fā)展的第二階段。其實(shí)，數(shù)字全息與光學(xué)全息不一樣的地方，就是數(shù)字全息利用如CCD、CMOS攝像機(jī)等數(shù)字光敏電子元件來(lái)代替普通光學(xué)全息中的銀鹽干板來(lái)記錄全息圖，用計(jì)算機(jī)模擬光學(xué)全息再現(xiàn)過(guò)程使物體準(zhǔn)確的再現(xiàn)出來(lái)。數(shù)字再現(xiàn)全息圖得到的是物光場(chǎng)的復(fù)振幅分布，可以定量的得到被記錄物體再現(xiàn)像的振幅和相位信息，從而實(shí)現(xiàn)了各種復(fù)振幅的運(yùn)算和操作，可以方便的進(jìn)行多種測(cè)量。近些年來(lái)，由于CCD的分辨率越來(lái)越高，對(duì)數(shù)字全息理論方面的研究以及去除再現(xiàn)像的散斑噪聲的研究越來(lái)越多，數(shù)字全息的應(yīng)用范圍也越來(lái)越廣，主要應(yīng)用涉及以下幾個(gè)方面：（1）數(shù)字全息干涉度量學(xué)：記錄物體變化前后的數(shù)字全息圖，利用數(shù)字全息技術(shù)再現(xiàn)物體變化前后的光場(chǎng)復(fù)振幅分布，通過(guò)計(jì)算變化前后的相位差，就可以得到物體的變化信息。（6）相移數(shù)字全息：在數(shù)字全息記錄過(guò)程中拍攝多幅數(shù)字全息圖，采用相移技術(shù)算法，對(duì)多幅數(shù)字全息圖進(jìn)行運(yùn)算，可以消除零級(jí)像和共軛像。用眼睛直接觀察全息圖，它只是一張灰蒙蒙的片子，沒(méi)有任何被照物體的任何形象。最常用的作為全息記錄感光材料的是由細(xì)微粒鹵化銀乳膠涂敷的超微粒干板，即全息干板。用一束復(fù)振幅分布為的相干光波照射全息圖，則透過(guò)全息圖的光場(chǎng)為： （29） (210) 由(210)可以看出，中系數(shù)，這兩項(xiàng)均為常數(shù)，它們的作用僅僅改變?cè)佻F(xiàn)光波C的振幅，不能改變的相位。 用原參考光波再現(xiàn)2. 用原參考光波的共軛光波進(jìn)行再現(xiàn)，即，則此時(shí) (213) (214)這時(shí)，再現(xiàn)原始物體的虛像由于受到的調(diào)制，虛像會(huì)變形，產(chǎn)生畸變。第二項(xiàng)正比于弱的散射光的光強(qiáng)，可以忽略不計(jì)。離軸全息圖，即偏斜參考光全息圖，物光與參考光成一定的夾角投射到全息記錄介質(zhì)上。與傳統(tǒng)的光學(xué)全息相比，數(shù)字全息可以消除噪聲以及記錄過(guò)程中底片非線性等因素的影響，整個(gè)過(guò)程簡(jiǎn)單，有利于進(jìn)行定量分析和測(cè)量。圖像的分辨率可以表示為一塊CCD芯片所能夠捕獲的影像信息的數(shù)量。CCD的尺寸為，橫向和縱向的像素?cái)?shù)分別為和，稱為CCD的填充因子，和分別是像素的橫向和縱向間距，則像素的尺寸為。第四項(xiàng)包含了物光波的共軛信息，是級(jí)像。從CCD記錄光波場(chǎng)，到以數(shù)字形式存儲(chǔ)全息圖，再到數(shù)值重現(xiàn)全息圖，數(shù)字全息技術(shù)的這一過(guò)程可以看作是一個(gè)數(shù)字化的相干光學(xué)成像系統(tǒng)，它能產(chǎn)生一個(gè)復(fù)波場(chǎng)，而這個(gè)復(fù)波場(chǎng)是被原始物體折射或衍射的像。目前數(shù)字全息技術(shù)僅限于記錄和重現(xiàn)較小物體的低頻信息，且對(duì)記錄條件有其自身的要求，因此要想成功地記錄數(shù)字全息圖，就必須合理地設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)光路。另一方面，目前數(shù)字記錄全息圖的CCD象素尺寸大，分辨率低，使記錄的參物光夾角小，因此只能記錄物體空間頻譜中的低頻部分，從而使重現(xiàn)像的分辨率低，像質(zhì)較差。在本實(shí)驗(yàn)中，我們選用一分錢硬幣作為立體三維物體。數(shù)字全息就其實(shí)現(xiàn)方式和效果上都有許多優(yōu)愈傳統(tǒng)全息的方面。參考文獻(xiàn)[1] 蘇顯渝，李繼陶。無(wú)直透光和共軛像的數(shù)字全息[J]。預(yù)放大離軸菲涅耳全息對(duì)細(xì)胞的研究。[10] Lei Xu，Xiaoyuan Peng， Zhixiong Guo， Jianmin Miao， Anand Asundi. Imaging analysis of digital holography. School of Engineering, Rutgers, the State University of New Jersey, Piscataway, NJ 08854.[11] 黎南。碩士學(xué)位論文，暨南大學(xué)，2004。整個(gè)論文從選題、資料搜集、理論研究，都是在顧老師直接指導(dǎo)和關(guān)懷下進(jìn)行的。碩士學(xué)位論文，昆明理工大學(xué)，2007。[8] 呂且妮, 葛寶臻, 羅文國(guó), 趙慧影, 賀家李, 張以謨。[5] 過(guò)祥龍，董慎行，晏世雷。[2] 王永昭。要模擬或者是直接記錄幾幅全息圖到計(jì)算機(jī)中進(jìn)行數(shù)字化，已經(jīng)是很方便的了。在實(shí)際應(yīng)用中，平面透明物體比較容易成像，但三維立體物體的成像效果比較差，此時(shí)，我們可以采用多光束數(shù)字全息技術(shù)，能夠成功地同時(shí)再現(xiàn)三維物體的多個(gè)表面。由于在數(shù)字全息的記錄光路中，所允許的物光和參考光的夾角很小，因此，有 （33）所以， （34）從式218中可以看到，在數(shù)字全息圖的記錄光路中，參考光與物光的夾角范圍受到CCD分辨率的限制。，根據(jù)菲涅耳衍射公式 （223）可以得到物光波在全息平面上的衍射光場(chǎng)分布為:
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