三维立体显示技术研究新进展

在分析传统基于二维平面图像的三维立体显示技术的原理及特点的基础上,重点阐述了数字全息三维显示技术的应用研究现状,介绍了三种典型的数字全息显示技术:基于数字合成全息的三维显示技术、基于空间光调制器的数字全息三维显示技术以及基于集成数字全息技术的三维显示技术,并对三维显示技术研究及其应用中存在的关键技术问题进行了分析和讨论。

利用扭曲向列型液晶光阀实现对数字全息再现像质的改善

提出一种提高全息图像的清晰度的新方法。即原始图像经过微分运算和计算全息的变换后,得到它的边缘全息图,然后对该边缘全息图的对比度进行调节,再通过液晶光阀的调制作用,得到这幅调整后的全息图的再现像。这样得到的全息图的再现像比原来边缘全息图更为清晰。文中推导了黑色和白色的灰度调节函数,同时借助实验数据利用Matlab推导了光强与灰度的近似公式,并利用这些公式对图形进行了改善,实现了更为清晰的全息再现演示。

数字技术在光学全息领域的应用与前景展望

光全息术与数字技术相结合产生了数字全息显示技术 ,在全息仿真显示及虚拟景物显示方面取得了新的突破。

制作真彩色全息图的方法

提出了一种在单波长激光条件下 ,用彩虹全息术合成真彩色全息图的方法 ,其特点是采用了白光编码记录彩色图像三基色信息 ,有效地消除了激光散斑的影响 ,能制造出低噪声、高清晰度的真彩色全息图。

高清晰度粒子全息再现像的获取方法

为了掌握同轴粒子场全息诊断中再现系统参量,如放大率、光强、图像采集设备及背景光等因素对粒子再现像质量的影响,开展了系列的实验研究。由实验可知,调节再现光的强度,使背景光强尽量接近CCD阈值下限,可以得到背景噪声均匀、再现清晰度高的图像;而对于粒径在20μm以下的较小粒子及具有一定放大率的再现系统,则需要通过适当增加再现光强度来得到高清晰度的图像;保持实验室的暗背景环境对图像采集是非常有利的。结果表明,此方法可以在粒子场全息再现过程中获得高清晰度粒子再现像。

全息照相光路的设计与成像关系的探讨

全息成像与光路关系密切,本文对单物光成像,两束物光成像、两束参考光成像与白光再现全息成像的光路特征与成像关系进行深入探讨。

象面全息无损检测的实验研究

本文对象面全息无损检测方法进行了实验研究，结果表明该方法可用白光再现；同时，对于小缺陷可进行放大成象，从而提高了对小缺陷的判别精度。

现代光学数字化处理技术的原理

随着计算机技术的高速发展,数字化处理的进程日益迅速,特别是在光学中,这种技术已经普遍地应用于全息图的记录和再现、精密测量等领域.介绍了目前国际先进的Digitalholography和白光干涉精密测量的原理.

菲涅耳非相干数字全息大视场研究

菲涅尔非相干相关全息术(Fresnel incoherent correlation holography, FINCH)通过空间光调制器(spatial light modulator, SLM)将来自物点的光波分解为曲率半径不同的两束自相干光,干涉条纹由CCD记录.由于受限于SLM与CCD的像素数目及像素尺寸, FINCH技术与光学全息术相比记录视场要小得多.本文通过对FINCH系统的记录过程进行理论分析,给出了SLM所能记录的视场角,说明通过调控加载在SLM上的双透镜光轴中心,能够扩大SLM的有效直径从而将SLM的有效记录范围增大2.77倍,有效扩大了系统的记录视场.搭建了非相干光反射式数字全息记录系统并对理论分析进行了实验验证,结果表明:在SLM上依次加载不同光轴中心位置的双透镜掩模进行FINCH记录及再现,将得到的各子图像拼接融合可以得到高分辨率大视场图像,为菲涅尔非相干全息术在高分辨大视场显微成像的进一步应用提供了有力支撑.

白光再现全息术的应用研究

研究了白光再现全息照相原理和拍摄方法,举例说明了几种简单且极为实用的白光再现全息技术,例如激光全息项链、脉冲激光拍摄白光再现全息人像、白光再现全息彩虹等。

用界面反射构建π相移实现光学图像相减

本文提出了利用介质表面反射实现光学图像相减的一种新方法.利用p光与s光在光疏-光密界面反射时产生的相位改变,可在两幅图像间引入π位相差,使之相同部分的图像相消,只留下差异部分,从而实现图像相减.本文介绍了工作原理并给出了实验例证,证实利用该方法有稳定性较高的π相移产生,验证了这是一种简便、实用、有效的途径.

衍射相位显微成像的发展综述

定量相位成像(Quantitative Phase Imaging,QPI)作为无标记显微成像,已成为生物医学应用中最有价值的方法之一。衍射相位显微成像(Diffraction Phase Microscopy,DPM)是一种微离轴共路径的高灵敏度QPI方法,具有无标记、高稳定性和低时空噪声等特点。本文系统介绍了干涉成像原理、系统参数选择与相位恢复算法,综述了一系列DPM改进方法,包括白光衍射相位成像、多波长衍射相位成像、结构光照明衍射相位成像、多模式衍射相位成像,以及这些方法在生物医学中的应用,最后讨论了现有DPM方法的局限性以及今后可能的发展方向。

多参考光合成孔径DMIPH术的细胞相位重构

为了克服传统光学显微术无法直接提取相位信息的不足而能更准确记录物体高频和低频信息的合成，采用多参考光合成孔径数字显微像面全息系统，并结合角谱算法和最小二乘解包裹算法实现了细胞的相位重构。选取活体细胞组织等相位型生物进行作为实验样本，对其进行定量观察和有效测量。结果表明，多参考光合成孔径数字显微像面全息系统可以有效地应用于3维物体显微结构的振幅和相位重构，能显著地提高记录系统的高频和低频信息在全息图上的合成度，并实现超出系统的衍射极限12．81p／mm的分辨率。该系统可以有效地实现数字全息系统的超分辨率成像，从而获得细胞显微结构的3维形貌信息和准确的相位分布。

白光再现激光全息的实验研究

以光的干涉和衍射为基础,结合傅里叶变换,较系统地论述了白光再现的基本原理。并根据此原理,在实验设备较为简单的情况下,设计一种简单且极为实用的光路以实现白光再现,并通过实验证明其可行性。

基于共定位相位成像的白细胞亚结构特征参数研究

白细胞分类在血液分析、临床疾病的诊断和治疗中具有重要意义。人工镜检作为血细胞分析的金标准,耗时较长且高度依赖检测人员的经验。定量相位成像可测量细胞各处的相位分布,是研究细胞形态学和生物化学特征的有效方法。利用基于数字全息显微和明场显微成像的共定位相位成像系统对健康人外周血涂片中的5种白细胞进行研究,定量分析了不同白细胞及其亚结构中的相位分布情况,提取出多个有效辅助白细胞分类的特征参数,并进一步分析了镜检中容易混淆的异型淋巴细胞。结果表明,利用提取的细胞亚结构特征参数可对白细胞进行有效分类,也能较好区分异型淋巴细胞。因此,基于共定位相位成像的细胞亚结构特征参数可为白细胞分类、各类血液疾病的诊断和治疗提供依据和参考,且此种方法无须再对常用的染色样品进行特殊处理,应用场景众多。

基于像面数字全息术的中药饮片细胞定量成像技术研究

细胞三维定量成像为中药饮片显微鉴别提供了新方法。为了提高数字全息显微成像质量,采用理论分析与实验验证相结合的方法,对球面参考光像面数字全息显微术的记录和再现过程进行了研究,提出了利用标准分辨率测试板对系统放大倍数、物距等参数进行标定的方法;并利用实验结果对两种常见的相位解包裹方法进行了对比。结果表明:球面参考光像面数字全息图不仅具有较高的信息容量,而且再现过程非常简单,还可以在记录过程中实时观察被记录样品的情况,并选择恰当的被记录区域。利用美国空军分辨率测试板的强度再现像就可以对全息成像系统的放大倍数等参数进行精确标定;利用基于横向剪切的最小二乘解包裹方法可以得到具有较大纵深细胞的准确相位;采取边缘识别技术,可以提高细胞再现像显示效果。

白光菲涅耳非相干数字全息的记录、再现及实现

在分析白光菲涅耳非相干数字全息记录和再现的基础上,详细讨论了再现像分辨率与记录参数的关系。分别对空间光调制器(SLM)上加载一个平面波和一个球面波相位,以及加载两个球面波相位情况下,实现白光菲涅耳非相干数字全息记录和再现进行了模拟和实验研究,定量分析了成像质量与记录参数的关系。研究结果表明,基于SLM的白光菲涅耳非相干数字全息能够以单通道、无运动的方式实现三维物体的快速记录和再现。理论上,无论SLM上加载一个平面波和一个球面波相位,还是加载两个球面波相位的白光菲涅耳非相干数字全息系统,其再现像分辨率都可以达到相同的最大分辨率。但在实验研究中,由于对光源的带宽和CCD尺寸的要求不同,加载两个球面波相位时对记录条件的要求比加载一个平面波和一个球面波相位的情况大大降低。在相同的实验条件下,前者再现像的分辨率远远大于后者。

基于空间光调制器的计算全息再现像放大技术

基于纯相位空间光调制器的计算全息显示系统的大尺寸再现,可从理论算法和实验光路两方面实现。在分析了计算全息成像原理的基础上,提出了利用傅里叶变换的相似性定理扩大再现像尺寸的方法,从理论上实现了再现物体频域到空域的可调节再现像尺寸的计算全息再现,并搭建了基于空间光调制器的实验平台,验证了再现像尺寸在原基础上扩大2.7倍后亦可清晰再现。在此基础上,利用相移原理,一定程度上实现了中央零级光斑的抑制。实验结果表明,该理论可有效实现计算全息再现像的放大,并在相移原理的辅助下得到不受中央零级影响的清晰再现像。

高分辨率多视点动态全息3D显示

提出了一种高分辨率多视点动态全息3D显示方法,观看视点位置变化时,观看者能够看到连续变化的3D效果。在进行全息图计算时,首先根据针孔阵列投影模型,渲染3D动画中每一帧3D模型的光场图像序列;然后从已渲染的多组光场图像序列中抽取对应视角信息的光场图像进行融合,得到融合后的动态光场图像序列;在进行全息图编码时,以动态光场图像序列中的一帧图像作为物光振幅,以来自于针孔的发散球面波的相位作为物光相位,引入平面参考光进行编码,得到一个单元全息图。由于每个单元全息图的计算是相互独立的,因此在计算过程中使用并行加速计算,实现了尺寸为32 mm×32 mm、分辨率为100000 pixel×100000 pixel的高分辨率全息图,其光场图像融合和全息编码的时间仅需27 min。光学再现结果证明了该方法的可行性。所提出的高分辨率多视点动态全息3D显示方法在全息包装和3D广告等领域具有广泛的应用前景。

水下全息实验

将激光全息照相技术应用于水中实物的拍摄。本文从理论和实验这两方面对像面全息在水下环境中的实现进行了研究,并进行了大量的水下实验,得到了清晰的水下全息图。