（推薦精選）數(shù)字全息術(shù)及其應(yīng)用

1、1數(shù)字全息術(shù)及其應(yīng)用 2目 錄一 全息技術(shù)概述及其原理二 數(shù)字全息技術(shù) 3第一部分 全息技術(shù)(Holography)概述及其原理1.1 全息技術(shù)的起源1.2 全息技術(shù)的原理1.3 全息圖的分類(lèi)及特點(diǎn)1.4 全息過(guò)程的相關(guān)理論1.5 全息圖的實(shí)際應(yīng)用1.6 全息技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 41.1 全息技術(shù)(holography)的起源最初由英國(guó)科學(xué)家丹尼斯伽柏（Dennis Gabor）于1948年提出來(lái)。目的：利用全息術(shù)提高電子顯微鏡的分辨率。但全息照相理論創(chuàng)建之后經(jīng)過(guò)了漫長(zhǎng)的發(fā)展過(guò)程。主要原因之一：缺少適用的具有足夠相干性和高度單色性的照明光源。1960年，激光器的問(wèn)世克服了這個(gè)障礙。且激光器的迅速實(shí)

2、用化以及離軸全息照相術(shù)的發(fā)展，消除了在觀察同軸全息圖再現(xiàn)像時(shí)，因虛像和實(shí)像相互干擾而降低像質(zhì)的影響，使拍攝反射物體的全息像成為可能，從而能實(shí)現(xiàn)對(duì)漫反射物體的全息干涉計(jì)量。Dennis Gabor 51960年梅曼研制成功了紅寶石激光器。1961年賈范等制成了氦氖激光器，產(chǎn)生了一種全所未有的優(yōu)質(zhì)相干光源。1962年美國(guó)科學(xué)家E.N.利思和J.烏帕特尼克斯用激光器對(duì)伽柏的技術(shù)做了劃時(shí)代的改進(jìn)，全息術(shù)的研究從此獲得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。近40年來(lái)，全息技術(shù)的研究日趨廣泛深入，開(kāi)辟了全息應(yīng)用的新領(lǐng)域，成為近代光學(xué)的一個(gè)重要分支。 61.2 全息技術(shù)的原理 第一步：利用干涉原理記錄物體光波信息。即拍攝過(guò)程：

3、被攝物體在激光輻照下形成漫射式的物光束；另一部分激光作為參考光束射到全息底片上，和物光束疊加產(chǎn)生干涉，把物體光波上各點(diǎn)的位相和振幅轉(zhuǎn)換成在空間上變化的強(qiáng)度。從而利用干涉條紋間的反差和間隔，將物體光波的全部信息記錄下來(lái)。記錄著干涉條紋的底片經(jīng)過(guò)顯影、定影等處理程序后，便成為一張全息圖或稱全息照片。最常用的作為全息記錄感光材料的是由銀乳膠涂敷的超微粒干板，即全息干板 72 全息技術(shù)的原理 81.2 全息技術(shù)的原理 第二步：利用衍射原理再現(xiàn)物體光波信息。即成象過(guò)程：全息圖猶如一個(gè)復(fù)雜的光柵，在相干激光照射下，一張線性記錄的正弦型全息圖的衍射光波一般可給出兩個(gè)象，即原始象和共軛象。再現(xiàn)的圖像立體感強(qiáng)，

4、具有真實(shí)的視覺(jué)效應(yīng)。 全息圖的每一部分都記錄了物體上各點(diǎn)的光信息，故原則上它的每一部分都能再現(xiàn)原物的整個(gè)圖像。通過(guò)多次曝光還可以在同一張底片上記錄多個(gè)不同的圖像，而且能互不干擾地分別顯示出來(lái)。 92 全息技術(shù)的原理 10 111.3 全息圖的分類(lèi)及特點(diǎn) 1、按著制作方法 2、按著光路結(jié)構(gòu) 3、按著再現(xiàn)方式 4、按著實(shí)際用途 光學(xué)記錄全息圖計(jì)算機(jī)像素全息圖同軸全息圖離軸全息圖單色光全息圖復(fù)色光全息圖反射全息圖相面全息圖彩虹全息圖假彩色編碼全息圖真彩色編碼全息圖角度多路合成全息圖多通道全息圖普通：檢測(cè),存儲(chǔ)等特殊：加密，防偽等 12 1、圖像是三維立體圖。 2、得到的是彩色圖片，永不變顏色。 3、

5、記錄數(shù)據(jù)量大：每一部分都能再現(xiàn)原物的整個(gè)圖像。 4、一次拍攝，可以得到兩個(gè)圖像：原始像和共軛象。 1.4全息圖的基本特點(diǎn)： 13全息照相普通照相 全息照相過(guò)程分記錄、再現(xiàn)兩步，它是以干涉、衍射等波動(dòng)光學(xué)的規(guī)律為基礎(chǔ)的。 普通照相過(guò)程是以幾何光學(xué)的規(guī)律為基礎(chǔ)的。 全息圖所記錄的是物體各點(diǎn)的全部光信息，包括振幅和相位。 普通照相底片記錄的僅是物體各點(diǎn)的光強(qiáng)（或振幅） 全息照相過(guò)程中物體與底片之間是點(diǎn)面對(duì)應(yīng)的關(guān)系，即每個(gè)物點(diǎn)所發(fā)射的光束直接落在記錄介質(zhì)，全息圖整個(gè)平面上。反過(guò)來(lái)說(shuō)中每一個(gè)局部都包含了物體各點(diǎn)的光信息。 普通照相過(guò)程中物像之間是點(diǎn)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的關(guān)系，即一個(gè)物點(diǎn)對(duì)應(yīng)像平面中的一個(gè)像點(diǎn)。 14

6、全息圖能完全再現(xiàn)原物的波前，因而能觀察到一幅非常逼真的立體圖像。 普通照相得到的只能是二維的平面圖像。 全息照相是干涉,因此要求光源有很高的相干性。光源的相干長(zhǎng)度越大、波前上相干區(qū)越大，就能越有效地實(shí)現(xiàn)全息照相。 普通照相只是像的強(qiáng)度記錄，并不要求光源的相干性，用普通光源就可以了。全息照相普通照相 15全息圖片 16 參考光物光x0 xyzy0Hologram PlaneObject Planeo若用 和 分別表示全息圖平面上的物光波和參考光波分布，則全息圖強(qiáng)度表示為2-1全息過(guò)程的相關(guān)理論：17 此過(guò)程為記錄過(guò)程。其中第一、第二項(xiàng)為零級(jí)衍射項(xiàng)，第三項(xiàng)為原始像，第四像為共軛像。 采用如下形式的

7、球面光波作為再現(xiàn)光波 可在ziz0處的像平面 上得到等大、對(duì)稱分布的實(shí)原始像和實(shí)共軛像。再現(xiàn)光場(chǎng)的復(fù)振幅分布為2-22-318 然而，由于再現(xiàn)參考光波與記錄參考光波不同，式給出的物光場(chǎng)與真實(shí)的物光波前之間存在一個(gè)二次位相畸變因子。由全息理論，可以推得重建的實(shí)原始像的復(fù)振幅分布為由式可以得到再現(xiàn)像的強(qiáng)度和位相分布如下：2-42-52-6 在數(shù)字全息成像技術(shù)中，若采用反射光路，物體表面形貌數(shù)據(jù)分布與其位相分布之間有如下關(guān)系，即給出了數(shù)字全息形貌測(cè)量的原理。2-719 201.5 全息圖的實(shí)際應(yīng)用：1、全息圖像顯示：照片；圖片；郵票；書(shū)籍、雜志的封皮與插頁(yè)等。2、包裝和防偽：產(chǎn)品的包裝、標(biāo)牌和商標(biāo)；

8、飾品；廣告；人民幣；銀行卡；居民身份證等。3、全息計(jì)量技術(shù)面內(nèi)和離面位移測(cè)量；殘余應(yīng)力測(cè)量；振動(dòng)模式測(cè)量；氣流分布測(cè)量； 粒子大小和分布測(cè)量等。4、全息元件：光柵； 透鏡； 波帶片等。5、光學(xué)信息處理技術(shù)：圖像識(shí)別； 圖像的消模糊和邊緣增強(qiáng)；圖像的假彩色編碼。 211.6 全息技術(shù)的發(fā)展方向：1、全息元件： 一些特殊作用的全息元件研制等。2、全息加密技術(shù)： 如何進(jìn)一步提高全息圖的技術(shù)含量。3、全息計(jì)量技術(shù)：（非線性曝光；增加光程差） 如何進(jìn)一步提高測(cè)量的精度 ；干涉條紋 的自動(dòng)識(shí)別和判讀的問(wèn)題。4、白光全息技術(shù)： 克服相干光的缺點(diǎn)（相干噪聲大、能量損 失大 4%0）提高全息圖質(zhì)量。 221.7

9、、全息技術(shù)的新方法： 隨著計(jì)算機(jī)、光機(jī)電一體化等技術(shù)的發(fā)展，又產(chǎn)生了新的全息技術(shù)。（1）計(jì)算全息術(shù)(CGH- Computer Generated Holography):光學(xué)全息技術(shù)中引入計(jì)算機(jī)技術(shù)，利用計(jì)算機(jī)的數(shù)值計(jì)算來(lái)模擬物波模型函數(shù)和光學(xué)干涉函數(shù).（2）數(shù)字全息技術(shù)(DH-Digital Holography) 23第二部分 數(shù)字全息術(shù)（DH-Digital Holography）2.1 數(shù)字全息技術(shù)的原理、優(yōu)點(diǎn)2.2 數(shù)字全息技術(shù)的研究現(xiàn)狀2.3 數(shù)字全息技術(shù)的應(yīng)用 241 數(shù)字全息技術(shù)的原理數(shù)字全息技術(shù)是光學(xué)與光電技術(shù)、數(shù)字計(jì)算機(jī)技術(shù)的結(jié)合，用CCD/CMOS記錄全息圖，并通過(guò)計(jì)算

10、機(jī)數(shù)值模擬光學(xué)衍射過(guò)程再現(xiàn)物光波前，可實(shí)時(shí)再現(xiàn)逼真的三維物體。數(shù)字全息技術(shù)實(shí)現(xiàn)了全息圖的記錄、存儲(chǔ)、傳輸和再現(xiàn)的完全數(shù)字化，可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳輸和異地顯示，而且可以方便消除像差、噪聲等影響。在生物醫(yī)學(xué)成像、工業(yè)無(wú)損檢測(cè)等方面具有廣泛的應(yīng)用前景。 25(a) Conventional optical holographyobject beamBeam splitterLaser相位調(diào)整器object beamBeam splitterCCDLaserPhotographic plate(b) Digital holographyreference beam數(shù)字全息技術(shù)與傳統(tǒng)光學(xué)全息技術(shù)的比較：圖像

11、記錄 26(a) Conventional optical holographyVirtual imageLaser(b) Numerical reconstruction with computer光學(xué)全息底片圖像再現(xiàn) 27數(shù)字全息術(shù)的優(yōu)點(diǎn)用光電圖像傳感器記錄全息圖，靈敏度高，響應(yīng)速度快，因此能夠記錄運(yùn)動(dòng)物體的各個(gè)瞬時(shí)狀態(tài)，且對(duì)穩(wěn)定性的要求大大降低，擴(kuò)展了全息術(shù)的應(yīng)用范圍。省去了繁瑣的化學(xué)濕處理過(guò)程，所記錄的數(shù)據(jù)直接由數(shù)據(jù)采集卡經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換和量化后送到計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，提高了效率，可用于需要實(shí)時(shí)處理的場(chǎng)合;可以直接得到記錄物體再現(xiàn)像的復(fù)振幅分布，物體的表面亮度和輪廓分布都可通過(guò)復(fù)振幅得到，因而

12、可方便地用于實(shí)現(xiàn)多種定量測(cè)量;采用計(jì)算機(jī)數(shù)字再現(xiàn)，可方便地對(duì)所記錄的數(shù)字全息圖進(jìn)行圖像處理，減少或消除在全息圖記錄過(guò)程中的噪聲等因素的影響。 282.2 數(shù)字全息技術(shù)的研究現(xiàn)狀 數(shù)字全息技術(shù)的研究非?；钴S,涉及的領(lǐng)域也非常廣泛，涵蓋了形貌測(cè)量，微電路檢測(cè)，微小粒子檢測(cè)，應(yīng)力場(chǎng)檢測(cè)，生物細(xì)胞觀測(cè)變形和振動(dòng)測(cè)量，顯微成像，記錄運(yùn)動(dòng)物體狀態(tài)以及構(gòu)件缺陷無(wú)損檢測(cè)等領(lǐng)域。 數(shù)字全息檢測(cè)的發(fā)展依然是方興未艾，隨著各方面研究的進(jìn)展，數(shù)字全息檢測(cè)也將得到更加廣泛和深入的應(yīng)用。 29數(shù)字全息技術(shù)的可研究方向提高再現(xiàn)像的像質(zhì)的研究1 基于數(shù)字圖像處理技術(shù)： 頻域?yàn)V波、拉普拉斯算子預(yù)處理、 全息圖減平均值及數(shù)字相減

13、等應(yīng)用研究數(shù)字全息顯微技術(shù)生物醫(yī)學(xué)成像技術(shù)全息無(wú)損檢測(cè)技術(shù)三維細(xì)微檢測(cè)技術(shù) 302.3 數(shù)字全息術(shù)的應(yīng)用舉例卵巢癌細(xì)胞1. 細(xì)胞成像 312.利用數(shù)字全息實(shí)現(xiàn)信息加密 323 輪胎全息無(wú)損檢測(cè)： 采用全息干涉法，可檢測(cè)出輪胎中常發(fā)生的剝落、斷裂帶、脫膠及間隙等缺陷。在兩次曝光之間或者在采用實(shí)時(shí)干涉法觀察時(shí)，稍稍改變輪胎壓力就可以用全息干涉法對(duì)輪胎的內(nèi)外表面進(jìn)行檢測(cè)。 辦法是把輪胎放入真空室中，在兩次曝光之間適當(dāng)改變真空度，即可使整個(gè)輪胎形態(tài)發(fā)生輕微變形，并使?jié)B入氣體的脫膠部位凸起，這是檢測(cè)輪胎質(zhì)量的最令人滿意的方法，也是全息無(wú)損檢測(cè)最重要的一個(gè)應(yīng)用事例。 333 輪胎全息無(wú)損檢測(cè)： 圖示，全部光路被布置在輪胎所圈的范圍內(nèi)，每拍攝一張二次曝光全息圖只能檢查一段輪胎的質(zhì)量，因此在拍攝一個(gè)方