CGH计算全息

信息光学课程设计报告

题目：基于迂回相位编码的CGH及其实现专业班级：

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基于迂回相位编码的CGH及其实现

摘要计算全息作为一种灵活的、全新的全息方式已经得到了极为广泛的研究和发展，在诸多的领域中都有广泛的应用。计算全息是将通信编码技术引入到光学全息中，利用计算的方法对物光的复振幅进行编码，实现全息的制作。光学全息采用干涉的方法，将复振幅的相位信息编码为干涉光场光强的分布，实现复函数到实函数的转换。计算全息则采用编码的方式将复函数转换为实函数。编码的方法有两种，一种是利用二维脉冲编码方式分别对振幅和相位进行编码，得到两个实函数；另一种则是仿照光学全息，引入离轴参考光，计算干涉光场的强度分布，再记录该光场达到转换的目的。

我们这里采用的第一种方式。首先对待记录的图像进行傅立叶变换，再利用迂回相位编码法分别对振幅和相位进行编码，得到二元的二维全息图。模拟再现时则仿照光学全息再现，对全息图进行傅立叶逆变换，得到再现图像。

关键词：计算全息光学全息编码

Detour phase encoding and its implementation based CGH

Abstract:new holographic approach has been very extensive research and development in many fields have a wide range of applications. CGH is a communication coding technology into optical holography, using the method of calculation of the complex amplitude of the object beam is encoded achieve holographic production. Optical holographic interferometry method using the phase information coding for the complex amplitude of the interference field intensity distribution of light to achieve a complex function to convert real function. CGH coding method is used to convert the complex function of a real function. Coding methods are two, one is the use of two-dimensional coding scheme pulse amplitude and phase respectively encode get two real functions; another is modeled optical holography, off-axis reference beam is introduced to calculate the interference light field intensity distribution, and then record the light field to achieve conversion purposes.

The first way we used here. Treatment of the image recording of the first Fourier transform, and then use the detour phase coding method, respectively, the amplitude and phase encoding to obtain a binary two-dimensional hologram. The modeled analog reproducing optical holographic reproduction of hologram inverse Fourier transform to obtain a reproduced image.

Key word: solography Computer-Generated Hologram coding

1引言

本设计目的在于帮助掌握光学全息记录及再现原理，掌握CGH的编码方法和实现过程。通过对黑白图像傅立叶变换全息的CGH制作，掌握数字图像的数据结构、处理方法、读写和存储、显示。

2原理描述

2.1光学全息

2.1.1研究背景

全息术[1]最初是英国籍匈牙利科学家丹尼斯。盖博（Dennis Gabor）于1948年提出来的，他的目的是想利用全息术提高电子显微镜的分辨率，在布拉格（Bragg）和策尼克（Zernike）的研究基础上，盖博找到了一种避免相位信息丢失的技巧。但是由于这种技术要求高度相干性及高强度的光源而一度发展缓慢。整个20世纪50年代，一些科学家大大扩展了盖博的理论并加深了对这一新的成像技术的理解。知道1960年第一台激光器的诞生，解决了相干光源的问题，继而在1962年美国科学家利思（Leith）和乌帕特尼克斯（Upathniekes）提出来离轴全息图以后，全息技术的研究日趋广泛深入，逐渐开辟了全息应用的新领域，成为近代光学的一个重要分支。

纵观历史，全息技术的发展了氛围四个阶段：第一阶段是萌芽时期，使用汞灯做光源，摄制同轴全息图，称为第一代全息；第二阶段是用激光记录、激光再现的离轴全息图，称为第二代全息；第三阶段是激光记录，白光再现的全息图，称为第三代全息，主要包括白光反射全息、像全息、彩虹全息、真彩色全息及合成全息等，使光全息术在现实里与充分展现其优越性；第四阶段是白光记录、白光再现的全息图，称为第四代全息，这是一个极具诱惑力的方向，正在吸引着人们去研究、去探索。

2.1.2光学全息的应用

随着光学全息术的发展，全息照相技术的应用领域已经越来越广泛，如今它已经被应用在以下领域中。全息显微术、全息显示、模压全息、全息干涉计量、全息信息存储，以及在医学和军事领域的应用。现在主要介绍一下以下应用：全息显微术是全息与显微相结合的技术[4 ]。与一般显微术相比, 其优点是能存储标本物整体, 无须制备标本物的切片。尤其是对一些活的标本物,它可以用高功率的连续光或脉冲激光拍照全息图,长期保存, 再现像具有立体性, 能显示样品的细节。全息显微术主要有2 种形式: 一种是将全息术和显微镜结合, 称为“全息显微镜”, 解决了一般显微镜中分辨本领与景深的矛盾, 避免了像差影响而达到很小衍射极限, 可以获得更大的视野; 一种是利用全息图本身的特性来进行放大, 称为“全息放大”。如果在拍摄和显示时, 采用不同波长, 衍射角不同, 这等于将全息图作了相应的调整, 可以实现图像放大。全息显微术广泛应用于医学、生物学、科研等方面。全息显示是指利用全息照片来重现十分逼真的物体的三维图像。这个领域是商业价值较高的领域, 尤其是白光再现全息术, 它是走出实验室的最实用的全息术。现在民品开发主要集中在全息显示领域, 把一些珍贵的文物用这项技术拍摄下来, 展出时可以真实地立体再现文物, 供参观者欣赏, 而使原物妥善保存, 防止失窃。大型全息图既可展示轿车、卫星以及各种三维广告, 亦可再现人物肖像、结婚纪念照。小型全息图可以戴在颈项上形成美丽装饰, 它可再现人们喜爱的动植物, 如多彩的花朵与蝴蝶等。用于全息显示的全息图主要有菲涅耳全息图、像全息图、反射全息图、彩虹全息图、合成全息图等。这些图片可用于投影、室内装潢、舞台布景、建筑等; 层面X 射线照相术、3DCA技术、3D 动画片等充分展示了全息术的创造性魅力和艺术美。光全息存储是依据全息学的原理, 将信息以全息照相的方式存储起来, 利用2 个光波之间的耦合和解耦合把信息存储和信息之间的比较(相关)、识别, 甚至联想的功能结合起来, 也就是可以把信息存储和信息处理结合起来。全息信息存储是20 世纪60 年代随着激光全息发展而出现的一种全新的存储方式。其特点是大容量、高密度、高衍射效率、低噪声、高分辨率和高保真度。光全息存储不仅容量大, 而且数据传输速