数字全息术及其应用
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全息照相
普通照相
全息照相过程分记录、再现两 普通照相过程是以
步，它是以干涉、衍射等波动光 几何光学的规律为基
学的规律为基础的。
础的。
全息图所记录的是物体各点的 全部光信息，包括振幅和相位。
普通照相底片记录 的仅是物体各点的光 强（或振幅）
全息照相过程中物体与底片之 间是点面对应的关系，即每个物 点所发射的光束直接落在记录介 质，全息图整个平面上。反过来 说中每一个局部都包含了物体各 点的光信息。
数字全息术及其应用
内容
一 全息技术概述及其原理 二 数字全息技术
2
第一部分 全息技术(Holography)概 述及其原理
1.1 全息技术的起源 1.2 全息技术的原理 1.3 全息图的分类及特点 1.4 全息过程的相关理论 1.5 全息图的实际应用 1.6 全息技术的发展趋势
3
1.1 全息技术(holography)的起源
5
1.2 全息技术的原理
第一步：利用干涉原理记录物体光波信息。 即拍摄过程：被摄物体在激光辐照下形成漫射式的 物光束；另一部分激光作为参考光束射到全息底片 上，和物光束叠加产生干涉，把物体光波上各点的 位相和振幅转换成在空间上变化的强度。从而利用 干涉条纹间的反差和间隔，将物体光波的全部信息 记录下来。记录着干涉条纹的底片经过显影、定影 等处理程序后，便成为一张全息图或称全息照片。
h x, y u x, y r x, y 2
u x, y 2 ＋ r x, y 2 ＋u x, y r x, y※＋r x, yu x, y※
=U1＋U 2＋U 3＋U 4
此过程为记录过程。其中第一、第二项为零级衍射项，第三项为原始
像，第四像为共轭像。
采用如下形式的球面光波作为再现光波
全息图的每一部分都记录了物体上各点的光信息， 故原则上它的每一部分都能再现原物的整个图像。通 过多次曝光还可以在同一张底片上记录多个不同的图 像，而且能互不干扰地分别显示出来。
8
2 全息技术的原理
9
10
1.3 全息图的分类及特点
1、按着制作方法
光学记录全息图 计算机像素全息图
2、按着光路结构 同轴全息图
iห้องสมุดไป่ตู้
xi
,
yi
arctan[
Im Re
o o
xi xi
, ,
yi yi
]
2-6
在数字全息成像技术中，若采用反射光路，物体表面形貌数据分 布与其位相分布之间有如下关系，即给出了数字全息形貌测量的原理。
h
xi ,
yi
4
i
xi ,
yi
2-7
1.5 全息图的实际应用：
最常用的作为全息记录感光材料的是由银6 乳胶涂敷的超微粒干板，即全息干板
2 全息技术的原理
7
1.2 全息技术的原理
第二步：利用衍射原理再现物体光波信息。 即成象过程：全息图犹如一个复杂的光栅，在相干激 光照射下，一张线性记录的正弦型全息图的衍射光波 一般可给出两个象，即原始象和共轭象。再现的图像 立体感强，具有真实的视觉效应。
• 最初由英国科学家丹尼斯·伽柏（Dennis Gabor）于1948年提出来。
• 目的：利用全息术提高电子显微镜的分辨率。
• 但全息照相理论创建之后经过了漫长的发展 过程。主要原因之一：缺少适用的具有足够 相干性和高度单色性的照明光源。
• 1960年，激光器的问世克服了这个障碍。且 激光器的迅速实用化以及离轴全息照相术的 发展，消除了在观察同轴全息图再现像时， 因虚像和实像相互干扰而降低像质的影响， 使拍摄反射物体的全息像成为可能，从而能 实现对漫反射物体的全息干涉计量。
实的物光波前之间存在一个二次位相畸变因子。由全息理论，可以推得
重建的实原始像的复振幅分布为
o xi＋xr , yi＋yr
exp[
j z0
xi xr 2 ＋ yi＋yr 2
]
F
h
x,
y
2-4
由式可以得到再现像的强度和位相分布如下：
Ii xi , yi F h x, y
2-5
普通照相过程中物 像之间是点点对应的 关系，即一个物点对 应像平面中的一个像 点。
13
全息照相
普通照相
因体图全而像息能。图观能察完到全一再幅现非原常物逼的真波的前立，能普是通二照维相的平得面到图的像只。
全息照相是干涉,因此要求光 普通照相只是像的 源有很高的相干性。光源的相干 强度记录，并不要求 长度越大、波前上相干区越大， 光源的相干性，用普 就能越有效地实现全息照相。 通光源就可以了。
Dennis Gabor
4
❖ 1960年梅曼研制成功了红宝石激光器。 ❖ 1961年贾范等制成了氦氖激光器，产生了一种
全所未有的优质相干光源。 ❖ 1962年美国科学家E.N.利思和J.乌帕特尼克斯
用激光器对伽柏的技术做了划时代的改进，全 息术的研究从此获得了突飞猛进的发展。 ❖近40年来，全息技术的研究日趋广泛深入，开 辟了全息应用的新领域，成为近代光学的一个 重要分支。
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全息图片
15
16
全息过程的相关理论：
x
x0
参考光
y0
y
物光 Object Plane
o
z
Hologram Plane
若用 u x, y 和 r x, y 分别表示全息图平面上的物光波和参考光波分布，则
全息图强度表示为
h x, y u x, y r x, y 2 u x, y 2 ＋ r x, y 2 ＋u x, y r x, y※＋r x, y u x, y ※ 2-1
离轴全息图
3、按着再现方式
4、按着实际用途
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单色光全息图
反射全息图
复色 光全 息图
相面全息图 彩虹全息图 假彩色编码全息图 真彩色编码全息图
角度多路合成全息图
多通道全息图
普通：检测,存储等
特殊：加密，防伪等
1.4全息图的基本特点：
1、图像是三维立体图。 2、得到的是彩色图片，永不变颜色。 3、记录数据量大：每一部分都能再现原物的 整个图像。 4、一次拍摄，可以得到两个图像：原始像和 共轭象。
C x, y exp[ jk x2＋y2 ]
2-2
2z0
可在ziz0处的像平面xiyi 上得到等大、对称分布的实原始像和实共
轭像。再现光场的复振幅分布为
Ui
xi
,y i
exp[
jk 2z0
xi2＋yi2 ]F
h x, y
2-3
然而，由于再现参考光波与记录参考光波不同，式给出的物光场与真
全息照相
普通照相
全息照相过程分记录、再现两 普通照相过程是以
步，它是以干涉、衍射等波动光 几何光学的规律为基
学的规律为基础的。
础的。
全息图所记录的是物体各点的 全部光信息，包括振幅和相位。
普通照相底片记录 的仅是物体各点的光 强（或振幅）
全息照相过程中物体与底片之 间是点面对应的关系，即每个物 点所发射的光束直接落在记录介 质，全息图整个平面上。反过来 说中每一个局部都包含了物体各 点的光信息。
数字全息术及其应用
内容
一 全息技术概述及其原理 二 数字全息技术
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第一部分 全息技术(Holography)概 述及其原理
1.1 全息技术的起源 1.2 全息技术的原理 1.3 全息图的分类及特点 1.4 全息过程的相关理论 1.5 全息图的实际应用 1.6 全息技术的发展趋势
3
1.1 全息技术(holography)的起源
5
1.2 全息技术的原理
第一步：利用干涉原理记录物体光波信息。 即拍摄过程：被摄物体在激光辐照下形成漫射式的 物光束；另一部分激光作为参考光束射到全息底片 上，和物光束叠加产生干涉，把物体光波上各点的 位相和振幅转换成在空间上变化的强度。从而利用 干涉条纹间的反差和间隔，将物体光波的全部信息 记录下来。记录着干涉条纹的底片经过显影、定影 等处理程序后，便成为一张全息图或称全息照片。
h x, y u x, y r x, y 2
u x, y 2 ＋ r x, y 2 ＋u x, y r x, y※＋r x, yu x, y※
=U1＋U 2＋U 3＋U 4
此过程为记录过程。其中第一、第二项为零级衍射项，第三项为原始
像，第四像为共轭像。
采用如下形式的球面光波作为再现光波
全息图的每一部分都记录了物体上各点的光信息， 故原则上它的每一部分都能再现原物的整个图像。通 过多次曝光还可以在同一张底片上记录多个不同的图 像，而且能互不干扰地分别显示出来。
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2 全息技术的原理
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1.3 全息图的分类及特点
1、按着制作方法
光学记录全息图 计算机像素全息图
2、按着光路结构 同轴全息图
iห้องสมุดไป่ตู้
xi
,
yi
arctan[
Im Re
o o
xi xi
, ,
yi yi
]
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在数字全息成像技术中，若采用反射光路，物体表面形貌数据分 布与其位相分布之间有如下关系，即给出了数字全息形貌测量的原理。
h
xi ,
yi
4
i
xi ,
yi
2-7
1.5 全息图的实际应用：
最常用的作为全息记录感光材料的是由银6 乳胶涂敷的超微粒干板，即全息干板
2 全息技术的原理
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1.2 全息技术的原理
第二步：利用衍射原理再现物体光波信息。 即成象过程：全息图犹如一个复杂的光栅，在相干激 光照射下，一张线性记录的正弦型全息图的衍射光波 一般可给出两个象，即原始象和共轭象。再现的图像 立体感强，具有真实的视觉效应。
• 最初由英国科学家丹尼斯·伽柏（Dennis Gabor）于1948年提出来。
• 目的：利用全息术提高电子显微镜的分辨率。
• 但全息照相理论创建之后经过了漫长的发展 过程。主要原因之一：缺少适用的具有足够 相干性和高度单色性的照明光源。
• 1960年，激光器的问世克服了这个障碍。且 激光器的迅速实用化以及离轴全息照相术的 发展，消除了在观察同轴全息图再现像时， 因虚像和实像相互干扰而降低像质的影响， 使拍摄反射物体的全息像成为可能，从而能 实现对漫反射物体的全息干涉计量。
实的物光波前之间存在一个二次位相畸变因子。由全息理论，可以推得
重建的实原始像的复振幅分布为
o xi＋xr , yi＋yr
exp[
j z0
xi xr 2 ＋ yi＋yr 2
]
F
h
x,
y
2-4
由式可以得到再现像的强度和位相分布如下：
Ii xi , yi F h x, y
2-5
普通照相过程中物 像之间是点点对应的 关系，即一个物点对 应像平面中的一个像 点。
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全息照相
普通照相
因体图全而像息能。图观能察完到全一再幅现非原常物逼的真波的前立，能普是通二照维相的平得面到图的像只。
全息照相是干涉,因此要求光 普通照相只是像的 源有很高的相干性。光源的相干 强度记录，并不要求 长度越大、波前上相干区越大， 光源的相干性，用普 就能越有效地实现全息照相。 通光源就可以了。
Dennis Gabor
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❖ 1960年梅曼研制成功了红宝石激光器。 ❖ 1961年贾范等制成了氦氖激光器，产生了一种
全所未有的优质相干光源。 ❖ 1962年美国科学家E.N.利思和J.乌帕特尼克斯
用激光器对伽柏的技术做了划时代的改进，全 息术的研究从此获得了突飞猛进的发展。 ❖近40年来，全息技术的研究日趋广泛深入，开 辟了全息应用的新领域，成为近代光学的一个 重要分支。
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全息图片
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全息过程的相关理论：
x
x0
参考光
y0
y
物光 Object Plane
o
z
Hologram Plane
若用 u x, y 和 r x, y 分别表示全息图平面上的物光波和参考光波分布，则
全息图强度表示为
h x, y u x, y r x, y 2 u x, y 2 ＋ r x, y 2 ＋u x, y r x, y※＋r x, y u x, y ※ 2-1
离轴全息图
3、按着再现方式
4、按着实际用途
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单色光全息图
反射全息图
复色 光全 息图
相面全息图 彩虹全息图 假彩色编码全息图 真彩色编码全息图
角度多路合成全息图
多通道全息图
普通：检测,存储等
特殊：加密，防伪等
1.4全息图的基本特点：
1、图像是三维立体图。 2、得到的是彩色图片，永不变颜色。 3、记录数据量大：每一部分都能再现原物的 整个图像。 4、一次拍摄，可以得到两个图像：原始像和 共轭象。
C x, y exp[ jk x2＋y2 ]
2-2
2z0
可在ziz0处的像平面xiyi 上得到等大、对称分布的实原始像和实共
轭像。再现光场的复振幅分布为
Ui
xi
,y i
exp[
jk 2z0
xi2＋yi2 ]F
h x, y
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然而，由于再现参考光波与记录参考光波不同，式给出的物光场与真