使用多核CPU-GPU异构系统快速生成计算全息图

为了充分利用计算机的计算性能提高基于点源模型的计算全息图(CGH)的生成速度,设计了基于多核中央处理单元(CPU)和图形处理单元(GPU)的计算全息图快速生成系统,并对该系统进行了优化。首先采用统一架构平台设计并实现了基于点源模型的计算全息图生成系统,提出了计算的优化策略;然后根据优化的计算公式来减少计算量;最后对任务调试等进行优化,构建CPU的并行计算系统,其中一个核心负责启动函数和传输数据,其余核心承担一部分计算任务,进一步提高计算速度。结果表明,设计的系统能让CPU和GPU的性能均得到充分利用,在同等配置的计算硬件条件下,生成计算全息图的加速比较GPU系统计算全息图的加速比提高了4~4.75倍,可以有效提高计算全息图的生成速度。该研究对快速生成3维场景全息图是有帮助的。

基于点云模型自适应分层优化的计算全息图算法

全息图能记录光波的相位信息,全息再现时,观看者可获得更加真实的深度体验。本文在主菲涅尔波带法生成计算全息图的基础上,提出一种新的改进算法,采用SFM算法,重建出真实物体的点云模型,通过估算其密度,对实际点云模型进行初始化分层,并根据密度变化率进行分层优化,得到当前模型最优的点云分层结果。结合主菲涅尔波带法,生成优化后的三维点云模型的计算全息图,与未进行分层优化的模型相比,具有更清晰的轮廓细节和结构相似度。

三维点云物体频谱获取方法

为了简化三维物体计算全息数据和加快计算时间,提出了一种三维点云物体频谱获取方法.在分析频谱获取方法模型的基础上,由不同视角的投影图像(视图)与对应的平面波因子相乘积分的方法得到了三维点云物体频谱;介绍了视图获取算法,使用Matlab并行计算得到了一个三维‘鸟’的视图序列;根据实际物体频谱分布情况,采用高阶高斯概率分布减少视图获取数量;通过视图序列得到三维物体的频谱,采用傅里叶逆变换得到物空间内一个平面的复振幅分布,将其衍射一段距离,编码为菲涅尔全息,并进行了模拟再现和实验验证.模拟再现和实验结果表明:只需要原总视图的17.75%可以获得高质量的再现效果,验证了频谱获取方法的可行性及视图获取简化模型的正确性.所获取的三维物体频谱可以通过一定方式编码成多种全息进行三维显示,拓宽了该频谱获取方法的应用范围.

用计算全息方法研制λ/4相移光栅时抽样点的合理选择分析

λ/4相移光栅是研制动态单纵模DFB半导体激光器的关键元件.文献[9]提出了用计算全息方法研制λ/4相移光栅,使这种光栅的制作过程大大简化.采用这种方法时,抽样点的合理选择尤为重要.本文根据抽样定理分析了在4f系统的输入面和频谱面上抽样点如何合理选择,并给出了合理选择抽样点后研制成的相移光栅的光强分布图.

基于点云方法的三维衍射光场计算及实验验证

三维衍射光场的计算有很多种方法,点云方法为基础方法,基于点云方法可以计算出任意形状及场景的衍射光场.文章研究点云法计算衍射光场,并且在实验上进行验证.

基于数字微镜器件的高时空分辨选择性光刺激系统

利用数字微镜器件将目标图案投影在样品面的方法相比于传统光照明方式大大提高了光刺激系统的空间选择性,但其光能利用率较小。全息光照射通过调制频谱面实现光能量的重新分布,在实现复杂的选择性光刺激同时,还具备较高的空间分辨率和光能利用率。构建了基于数字微镜器件的高时空分辨率的选择性逐点光刺激系统,通过在数字微镜器件上加载结构变化的二维达曼光栅相位图实现对视场内任意位置和任意时序的选择性逐点光刺激。研究表明,系统不仅能够以不同轨迹(如方形点阵、圆、螺旋线等)对全视场进行逐点的二维扫描,还能够选取感兴趣区域以自定义路径进行逐点扫描。该系统的最大扫描视场可达到400μm,最小扫描步长为0.204μm,单个扫描光斑的峰值半高宽最小可达到1.5μm,单点扫描速度可达10 kHz。本系统适用于需要对样品进行高分辨光刺激或需要对感兴趣区域进行实时刺激的光遗传研究中。

菲涅耳波带板扫描全息术透过高散射介质成像

将菲涅耳波带板扫描全息术用于高散射介质成像技术中。对于编码函数非负给物体的再现像带来的背景噪音 ,提出采用构造复合全息图的方法来消除。在实验中运用该方法得到了信噪比和衬比度较好的物体的再现像。计算并测试了系统的点扩展函数 ,实验结果与理论计算结果相吻合 ,其结果都接近于二维的δ函数。用菲涅耳波带板扫描全息成像系统进行了成像实验 ,得到了嵌埋在浓度为 1%、深度为 1.7cm的脂肪乳剂中的吸收体清晰的再现像 ,吸收体为直径 0 .4mm的金属丝和内径为 6 .0mm的金属环 ,另外 ,也得到了直径为 2 .5mm的黑塑料球的再现像。

基元全息图的计算机模拟及其数字重现

介绍了一种基元全息图记录和重现过程的计算机模拟算法。该算法将计算全息与数字再现相结合,模拟光线的衍射与传播,实现了同轴全息图和离轴全息图的记录,并用快速傅立叶变换算法(FFT)实现全息图的数字重现。

基于点源模型计算全息图快速生成算法的研究进展

计算全息图(CGH)的快速生成技术是全息三维显示系统的关键技术,基于点源模型的计算全息图由于模型简单、操作灵活而成为了计算全息方法中一个重要分支。但是使用点源模型计算全息图计算量庞大,为了达到实时显示的要求,提高全息图计算速度的方法被不断提出。对点源模型快速算法的发展历程进行了综述。从计算全息图的原理出发,根据点源模型快速算法的研究方向,将其分为算法和算法与高性能硬件结合两大类。通过分析各类算法的实现方法和存在的问题,指出了其改进的方向,介绍了高性能硬件对计算全息图的贡献,最后对点源模型快速算法的未来研究方向进行了展望。