3D全息成像課件

數(shù)字全息三維成像1ppt課件數(shù)字全息三維成像1ppt課件

數(shù)字全息3D技術(shù)背景知識數(shù)字全息3維物場再現(xiàn)原理全息技術(shù)的應(yīng)用前景內(nèi)容：2ppt課件內(nèi)容：2ppt課件1、（全息技術(shù)最早于）1948年斯蓋伯提出了波前重現(xiàn)。2、1962年，美國雷斯和阿帕特尼克斯（在基本全息術(shù)的基礎(chǔ)上，將通信行業(yè)中“側(cè)視雷達”理論應(yīng)用在全息術(shù)上，）發(fā)明了離軸全息技術(shù)。3、1967年古德曼和勞倫斯提出了數(shù)字全息。（開創(chuàng)了精確全息技術(shù)的時代。到了90年代，人們開始用CCD等光敏電子元件代替?zhèn)鹘y(tǒng)的感光膠片或新型光敏等介質(zhì)記錄全息圖，用數(shù)字方式通過電腦模擬光學(xué)衍射來呈現(xiàn)影像，使得全息圖的記錄和再現(xiàn)真正實現(xiàn)了數(shù)字化。）4、1969年，本頓發(fā)明了彩虹全息術(shù)，能在白熾燈光下觀察到明亮的立體成像。（基本特征是，在適當(dāng)?shù)奈恢眉尤胍粋€一定寬度的狹縫，限制再現(xiàn)光波以降低像的色模糊，根據(jù)人眼水平排列的特性，犧牲垂直方向物體信息，保留水平方向物體信息，從而降低對光源的要求。）

全息技術(shù)的發(fā)展歷程3ppt課件1、（全息技術(shù)最早于）1948年斯蓋伯提出了波前重現(xiàn)。全息技5、1994年第一張數(shù)字全息圖誕生（U.Schnars和W.Juptner展示）。6、2001年德國國家實驗室首創(chuàng)研發(fā)了全息膜技術(shù)，使三維圖像的再現(xiàn)成為可能。7、2003年首次成功應(yīng)用于全息投影技術(shù)中。

（經(jīng)過7年的發(fā)展，全息膜已經(jīng)從第一代的1英寸柵格狀網(wǎng)眼全息單元升級到了如今的第四代0.2毫米97%透光度全息膜。依靠這薄薄的透明膜，無論是T形臺上的流光溢彩，還是舞臺上虛幻影像，都可實現(xiàn)。全息膜的價格自然不菲，透光率為70%的全息膜市場價都達到1800-2200元/平米。）全息技術(shù)的發(fā)展歷程4ppt課件5、1994年第一張數(shù)字全息圖誕生（U.Schnars和W.

2006年丹麥公司ViZoo于研發(fā)的360度幻影成像是全息投影目前最具魔幻效果的技術(shù)。（方法：用全息膜搭建一個倒金字塔形的三角漏斗幾何模型，由四臺投影機投射的視頻圖像，在漏斗里經(jīng)過一系列的光學(xué)衍射后匯合成為全息圖像。這一系統(tǒng)還可以配加觸摸屏，現(xiàn)場觀眾可通過各種手勢和動作，操縱3D產(chǎn)品模型進行旋轉(zhuǎn)，或部件分解。廣泛用于各種展覽會和發(fā)布會上的新型廣告載體，此外，該技術(shù)也用于博物館，可再現(xiàn)一些珍貴的文物，防止失竊。）

2008年，美國亞利桑那州大學(xué)打造了展現(xiàn)大腦的可更新的3D全息顯示屏。（這是世界上首批3D全息顯示屏之一。最初的全息顯示屏尺寸為4英寸乘4英寸（約合10厘米乘10厘米）。）全息技術(shù)的發(fā)展歷程5ppt課件

2006年丹麥公司ViZoo于研發(fā)的360度日本廣播公司（NHK）決心在2020年之前推出第一臺Holo-TV。（現(xiàn)已撥款28億英鎊用于該項目。日本人相信他們能夠向全世界提供全息廣播節(jié)目，并將這項服務(wù)作為申辦2022年世界杯舉辦權(quán)的一個重要砝碼。Holo-TV播放的每一場比賽畫面將由200臺高清晰攝像機360度拍攝，而后以3D影像的方式播放。麥克風(fēng)將被安裝在球場下方，用于記錄下所有聲音，其中包括球員踢球的聲音以及裁判的哨聲，用來創(chuàng)造超現(xiàn)實版的數(shù)字音效。）

（據(jù)索尼工程師透露，Holo-TV外形好似在地板上攤開的一本大書。激光器負責(zé)投射一個“圖像云”，好似飄浮在房間中央。觀眾可以在不佩戴3D眼鏡情況下從每一個角度欣賞立體影像。）全息技術(shù)的發(fā)展歷程6ppt課件全息技術(shù)的發(fā)展歷程6ppt課件

數(shù)字全息術(shù)

全息術(shù)

計算機技術(shù)實現(xiàn)數(shù)字全息圖的記錄和再現(xiàn)光電成像技術(shù)

縮短了再現(xiàn)周期（省去了定影、顯影、漂白等化學(xué)濕處理過程）優(yōu)點計算機加入了數(shù)學(xué)處理方法：消除相差、噪聲，避免了干板的非線性。

制作成本低，成像速度快，記錄和再現(xiàn)靈活，

CCD像素遠不及銀鹽干板的像素缺點CCD靶面有限（影響被記錄物體的大小，再現(xiàn)像景深，像的清晰度。)

全息技術(shù)的發(fā)展歷程7ppt課件

全息技術(shù)的發(fā)展歷程7ppt課件傳統(tǒng)光學(xué)全息（同軸）：同軸全息圖的記錄同軸全息圖的再現(xiàn)數(shù)字全息系統(tǒng)三維物場的再現(xiàn)原理8ppt課件傳統(tǒng)光學(xué)全息（同軸）：數(shù)字全息系統(tǒng)三維物場的再現(xiàn)原理8ppt傳統(tǒng)光學(xué)全息（離軸）：離軸全息圖不僅可以消除同軸全息圖中共軛像的干擾,還能使成像光波不與零級衍射光波重疊。離軸全息圖的記錄離軸全息圖的再現(xiàn)數(shù)字全息系統(tǒng)三維物場的再現(xiàn)原理9ppt課件傳統(tǒng)光學(xué)全息（離軸）：離軸全息圖不僅可以消除同軸全息圖中共軛激光物體物光波前衍射波干涉(光強度信息)

CCD采集量化計算機存儲為數(shù)值矩陣參考光波

(1)再現(xiàn)照明光波數(shù)字全息圖

物光波：參考光波：(2)計算機模擬再現(xiàn)再現(xiàn)照明光波：總光強：

物光波、參考光波光強干涉項（振幅、相位）數(shù)字全息系統(tǒng)三維物場的再現(xiàn)原理發(fā)生衍射利用菲涅爾衍射公式或傅里葉變換獲得光場復(fù)振幅分布，用計算機顯示強度分布和相位分布物體再現(xiàn)像10ppt課件數(shù)字全息系統(tǒng)三維物場的再現(xiàn)原理發(fā)生衍射利用菲涅爾衍射公式或傅數(shù)字全息3D顯示原理框圖11ppt課件數(shù)字全息3D顯示原理框圖11ppt課件1、用檢流計掃描擴展視場在相干照明系統(tǒng)中，物方空間光強度分布：I(x,y)=|F{H(u,v)}|2H(u,v)=A(u,v)expjφ(u,v),H(u,v)為物方光強復(fù)振幅分布。在SLM的N×N個像素上進行0到2π的相位調(diào)制，SLM視場被像素數(shù)量限制。傳統(tǒng)的全息圖照明系統(tǒng)的SLM的視場：光學(xué)視場包含相機視場，最后是空間光調(diào)制器視場。用時分復(fù)位方法，橫向展開slm視場，在不同時間照明不同區(qū)域,在共軛光瞳平面的鏡式檢流計按時間次序掃描slm

全息圖橫向拼貼的九個視

場?？偟南辔徽{(diào)制為SLM

與檢流計相位調(diào)制之和。利用時分復(fù)用三維全息照明擴展視場、增大信號12ppt課件1、用檢流計掃描擴展視場利用時分復(fù)用三維全息照明擴展視場、增2、依次照明SLM視場來增大雙光子信號（時分復(fù)用方法）

(1)在雙光子激發(fā)過程中，信號速率取決于S取決于激光平均功率P的平方，T為總的曝光時間。

(2)把激光激發(fā)分成n等份，且通過物鏡之后激發(fā)的焦點區(qū)域不變，n等份的平均時間信號S表達為：

(3)選取n個激發(fā)點中的m個時，平均時間信號S表示為：利用時分復(fù)用三維全息照明擴展視場、增大信號13ppt課件2、依次照明SLM視場來增大雙光子信號（時分復(fù)用方法）利用時為使平均信號S最大化，得出選n個激發(fā)點中子集數(shù)m與總曝光時間和slm轉(zhuǎn)換時間的關(guān)系。解二次方程，令S=0，解得S在處取最大值利用時分復(fù)用三維全息照明擴展視場、增大信號14ppt課件為使平均信號S最大化，得出選n個激發(fā)點中子集數(shù)m與總曝光時間（1）n等份激發(fā)點平均信號：（2）n等份中的子集m份平均信號：

為

所以，時，雙光子信號最大。利用時分復(fù)用三維全息照明擴展視場、增大信號15ppt課件利用時分復(fù)用三維全息照明擴展視場、增大信號15ppt課件3、關(guān)于體內(nèi)神經(jīng)元熒光染色成像的實驗設(shè)置用920nm波長的飛秒激光（170fs的脈沖）

零階光束

slm調(diào)制

光線擴束

普克爾盒檢流計反射鏡掃描透鏡管狀透鏡光電倍增管管狀透鏡發(fā)射濾光片短傳分色鏡光場顯微鏡物鏡

焦點立方體利用時分復(fù)用三維全息照明擴展視場、增大信號16ppt課件3、關(guān)于體內(nèi)神經(jīng)元熒光染色成像的實驗設(shè)置利用時分復(fù)用三維全息4、通過實驗確定視場的擴展和信號的增益，運用雙光子顯微鏡對活體神經(jīng)元鈣離子的三維成像

像素：N×N(N=256),SLM視場(2xmax×2ymax)：xmax=ymax=相機參數(shù):NA=0.8,放大率:16×,波長λ=920nm,2xmax=140um,將9個slm視場用檢流計定位9次，實驗測得視場增大至380um，擴大7.4倍。在神經(jīng)元鈣離子成像實驗中，把老鼠(清醒)頭骨與感光板粘合固定，用飛秒激光經(jīng)過調(diào)制后激發(fā)在體神經(jīng)元鈣離子的熒光染料，最后被雙光子顯微鏡接收并記錄熒光強度，再現(xiàn)神經(jīng)元的活動狀態(tài)，用不同顏色標(biāo)注神經(jīng)元活動，

利用時分復(fù)用三維全息照明擴展視場、增大信號17ppt課件4、通過實驗確定視場的擴展和信號的增益，運用雙光子顯微鏡對活

如圖為雙光子信號與選取子集的實驗與理論數(shù)據(jù)，SLM的相位轉(zhuǎn)換時間經(jīng)實驗有97%是7.5ms，估計最大的轉(zhuǎn)換時間是10ms，保證普克爾盒疲敝光的時間，熒光強度最大時，曝光時間T=100ms，實驗m值為7和5，而理論上在t(slm)為7.5ms和10ms時，m值是6.7和5。對應(yīng)不同的slm轉(zhuǎn)換時間。經(jīng)理論與實驗，slm轉(zhuǎn)換時間變短，信號增加更大。利用時分復(fù)用三維全息照明擴展視場、增大信號18ppt課件如圖為雙光子信號與選取子集的實驗利用時分復(fù)用三維全息總結(jié)：用時分復(fù)用方法橫向擴展SLM視場，對應(yīng)軸向擴展可結(jié)合可調(diào)透鏡和變形反射鏡來延伸軸向視場。通過激發(fā)點的子集選取來確定雙光子信號最大值的各部分數(shù)據(jù)（slm轉(zhuǎn)換時間，子集數(shù)量，總曝光時間）。神經(jīng)元鈣離子成像，其中飛秒激光對于熒光染料的激發(fā)以及透過分色鏡被光電倍增管放大信號從而觀察到熒光強度反應(yīng)神經(jīng)元活動。

利用時分復(fù)用三維全息照明擴展視場、增大信號19ppt課件總結(jié)：

利用時分復(fù)用三維全息照明擴展視場、增大信號19ppt數(shù)字全息三維成像20ppt課件數(shù)字全息三維成像1ppt課件

數(shù)字全息3D技術(shù)背景知識數(shù)字全息3維物場再現(xiàn)原理全息技術(shù)的應(yīng)用前景內(nèi)容：21ppt課件內(nèi)容：2ppt課件1、（全息技術(shù)最早于）1948年斯蓋伯提出了波前重現(xiàn)。2、1962年，美國雷斯和阿帕特尼克斯（在基本全息術(shù)的基礎(chǔ)上，將通信行業(yè)中“側(cè)視雷達”理論應(yīng)用在全息術(shù)上，）發(fā)明了離軸全息技術(shù)。3、1967年古德曼和勞倫斯提出了數(shù)字全息。（開創(chuàng)了精確全息技術(shù)的時代。到了90年代，人們開始用CCD等光敏電子元件代替?zhèn)鹘y(tǒng)的感光膠片或新型光敏等介質(zhì)記錄全息圖，用數(shù)字方式通過電腦模擬光學(xué)衍射來呈現(xiàn)影像，使得全息圖的記錄和再現(xiàn)真正實現(xiàn)了數(shù)字化。）4、1969年，本頓發(fā)明了彩虹全息術(shù)，能在白熾燈光下觀察到明亮的立體成像。（基本特征是，在適當(dāng)?shù)奈恢眉尤胍粋€一定寬度的狹縫，限制再現(xiàn)光波以降低像的色模糊，根據(jù)人眼水平排列的特性，犧牲垂直方向物體信息，保留水平方向物體信息，從而降低對光源的要求。）

全息技術(shù)的發(fā)展歷程22ppt課件1、（全息技術(shù)最早于）1948年斯蓋伯提出了波前重現(xiàn)。全息技5、1994年第一張數(shù)字全息圖誕生（U.Schnars和W.Juptner展示）。6、2001年德國國家實驗室首創(chuàng)研發(fā)了全息膜技術(shù)，使三維圖像的再現(xiàn)成為可能。7、2003年首次成功應(yīng)用于全息投影技術(shù)中。

（經(jīng)過7年的發(fā)展，全息膜已經(jīng)從第一代的1英寸柵格狀網(wǎng)眼全息單元升級到了如今的第四代0.2毫米97%透光度全息膜。依靠這薄薄的透明膜，無論是T形臺上的流光溢彩，還是舞臺上虛幻影像，都可實現(xiàn)。全息膜的價格自然不菲，透光率為70%的全息膜市場價都達到1800-2200元/平米。）全息技術(shù)的發(fā)展歷程23ppt課件5、1994年第一張數(shù)字全息圖誕生（U.Schnars和W.

2006年丹麥公司ViZoo于研發(fā)的360度幻影成像是全息投影目前最具魔幻效果的技術(shù)。（方法：用全息膜搭建一個倒金字塔形的三角漏斗幾何模型，由四臺投影機投射的視頻圖像，在漏斗里經(jīng)過一系列的光學(xué)衍射后匯合成為全息圖像。這一系統(tǒng)還可以配加觸摸屏，現(xiàn)場觀眾可通過各種手勢和動作，操縱3D產(chǎn)品模型進行旋轉(zhuǎn)，或部件分解。廣泛用于各種展覽會和發(fā)布會上的新型廣告載體，此外，該技術(shù)也用于博物館，可再現(xiàn)一些珍貴的文物，防止失竊。）

2008年，美國亞利桑那州大學(xué)打造了展現(xiàn)大腦的可更新的3D全息顯示屏。（這是世界上首批3D全息顯示屏之一。最初的全息顯示屏尺寸為4英寸乘4英寸（約合10厘米乘10厘米）。）全息技術(shù)的發(fā)展歷程24ppt課件

2006年丹麥公司ViZoo于研發(fā)的360度日本廣播公司（NHK）決心在2020年之前推出第一臺Holo-TV。（現(xiàn)已撥款28億英鎊用于該項目。日本人相信他們能夠向全世界提供全息廣播節(jié)目，并將這項服務(wù)作為申辦2022年世界杯舉辦權(quán)的一個重要砝碼。Holo-TV播放的每一場比賽畫面將由200臺高清晰攝像機360度拍攝，而后以3D影像的方式播放。麥克風(fēng)將被安裝在球場下方，用于記錄下所有聲音，其中包括球員踢球的聲音以及裁判的哨聲，用來創(chuàng)造超現(xiàn)實版的數(shù)字音效。）

（據(jù)索尼工程師透露，Holo-TV外形好似在地板上攤開的一本大書。激光器負責(zé)投射一個“圖像云”，好似飄浮在房間中央。觀眾可以在不佩戴3D眼鏡情況下從每一個角度欣賞立體影像。）全息技術(shù)的發(fā)展歷程25ppt課件全息技術(shù)的發(fā)展歷程6ppt課件

數(shù)字全息術(shù)

全息術(shù)

計算機技術(shù)實現(xiàn)數(shù)字全息圖的記錄和再現(xiàn)光電成像技術(shù)

縮短了再現(xiàn)周期（省去了定影、顯影、漂白等化學(xué)濕處理過程）優(yōu)點計算機加入了數(shù)學(xué)處理方法：消除相差、噪聲，避免了干板的非線性。

制作成本低，成像速度快，記錄和再現(xiàn)靈活，

CCD像素遠不及銀鹽干板的像素缺點CCD靶面有限（影響被記錄物體的大小，再現(xiàn)像景深，像的清晰度。)

全息技術(shù)的發(fā)展歷程26ppt課件

全息技術(shù)的發(fā)展歷程7ppt課件傳統(tǒng)光學(xué)全息（同軸）：同軸全息圖的記錄同軸全息圖的再現(xiàn)數(shù)字全息系統(tǒng)三維物場的再現(xiàn)原理27ppt課件傳統(tǒng)光學(xué)全息（同軸）：數(shù)字全息系統(tǒng)三維物場的再現(xiàn)原理8ppt傳統(tǒng)光學(xué)全息（離軸）：離軸全息圖不僅可以消除同軸全息圖中共軛像的干擾,還能使成像光波不與零級衍射光波重疊。離軸全息圖的記錄離軸全息圖的再現(xiàn)數(shù)字全息系統(tǒng)三維物場的再現(xiàn)原理28ppt課件傳統(tǒng)光學(xué)全息（離軸）：離軸全息圖不僅可以消除同軸全息圖中共軛激光物體物光波前衍射波干涉(光強度信息)

CCD采集量化計算機存儲為數(shù)值矩陣參考光波

(1)再現(xiàn)照明光波數(shù)字全息圖

物光波：參考光波：(2)計算機模擬再現(xiàn)再現(xiàn)照明光波：總光強：

物光波、參考光波光強干涉項（振幅、相位）數(shù)字全息系統(tǒng)三維物場的再現(xiàn)原理發(fā)生衍射利用菲涅爾衍射公式或傅里葉變換獲得光場復(fù)振幅分布，用計算機顯示強度分布和相位分布物體再現(xiàn)像29ppt課件數(shù)字全息系統(tǒng)三維物場的再現(xiàn)原理發(fā)生衍射利用菲涅爾衍射公式或傅數(shù)字全息3D顯示原理框圖30ppt課件數(shù)字全息3D顯示原理框圖11ppt課件1、用檢流計掃描擴展視場在相干照明系統(tǒng)中，物方空間光強度分布：I(x,y)=|F{H(u,v)}|2H(u,v)=A(u,v)expjφ(u,v),H(u,v)為物方光強復(fù)振幅分布。在SLM的N×N個像素上進行0到2π的相位調(diào)制，SLM視場被像素數(shù)量限制。傳統(tǒng)的全息圖照明系統(tǒng)的SLM的視場：光學(xué)視場包含相機視場，最后是空間光調(diào)制器視場。用時分復(fù)位方法，橫向展開slm視場，在不同時間照明不同區(qū)域,在共軛光瞳平面的鏡式檢流計按時間次序掃描slm

全息圖橫向拼貼的九個視

場?？偟南辔徽{(diào)制為SLM

與檢流計相位調(diào)制之和。利用時分復(fù)用三維全息照明擴展視場、增大信號31ppt課件1、用檢流計掃描擴展視場利用時分復(fù)用三維全息照明擴展視場、增2、依次照明SLM視場來增大雙光子信號（時分復(fù)用方法）

(1)在雙光子激發(fā)過程中，信號速率取決于S取決于激光平均功率P的平方，T為總的曝光時間。

(2)把激光激發(fā)分成n等份，且通過物鏡之后激發(fā)的焦點區(qū)域不變，n等份的平均時間信號S表達為：

(3)選取n個激發(fā)點中的m個時，平均時間信號S表示為：利用時分復(fù)用三維全息照明擴展視場、增大信號32ppt課件2、依次照明SLM視場來增大雙光子信號（時分復(fù)用方法）利用時為使平均信號S最大化，得出選n個激發(fā)點中子集數(shù)m與總曝光時間和slm轉(zhuǎn)換時間的關(guān)系。解二次方程，令S=0，解得S在處取最大值利用時分復(fù)用三維全息照明擴展視場、增大信號33ppt課件為使平均信號S最大化，得出選n個激發(fā)點中子集數(shù)m與總曝光時間（1）n等份激發(fā)點平均信號：（2）n等份中的子集m份平均信號：

為

所以，時，雙光子信號最大。利用時分復(fù)用三維全息照明擴展視場、增大信號34ppt課件利用時分復(fù)用三維全息照明擴展視場、增大信號15ppt課件3、關(guān)于體內(nèi)神經(jīng)元熒光染色成像的實驗設(shè)置用920nm波長的飛秒激光（170fs的脈沖）

零階光束

slm調(diào)制

光線擴束

普克爾盒檢流計反射鏡掃描透鏡管狀透鏡光電倍增管管狀透鏡發(fā)射濾光片短傳分色鏡光場顯微鏡物鏡