计算全息图制作及再现的新方法研究

摘要

全息技术记录了物光波的全部信息，能够实现具有物理景深效果的再现成像。计算全息是运用计算机生成物光波全息图技术，通过计算机编码实现光学全息记录和再现过程。相比于光学全息成像，计算全息成像具有光学成像环境条件要求低、可修改性灵活、可存储性好等优点。论文在分析计算全息技术的工程应用价值基础上，提出了一种基于计算全息技术实现三维实体真三维虚拟显示的方法，研究了基于傅里叶变换和菲涅尔衍射变换两种方法，实现物光波的计算全息图制作过程。比较研究了博奇编码、黄氏编码、李氏编码三种编码方法的优缺点，选择采用博奇编码实现计算全息信息干涉记录和衍射再现过程。
　　论文运用3DMax工具软件、Kinect图像传感器，以及Skanect三维模型显示工具，快速完成实体三维重建，并利用Meshlab软件获取三维对象正交方向上不同视角的一系列投影像。运用MATLAB开发环境对投影像实现傅里叶变换，加入随机相位与反馈校正因子改进迭代运算效率，提高衍射效率，获得平滑的物波频谱。通过三维图像切片原理，对获得的物波频谱进行回转抛物面式抽取样点，形成三维傅里叶频谱图。选择博奇编码方式并加入模拟的离轴参考光波，使得计算全息复振幅分布成为实值非负函数。运用傅里叶逆变换，得到物光波的再现像，有效消除原始像与共轭像的混叠现象。论文借鉴光学全息成像技术，通过实验获得菲涅尔衍射区域内的衍射最佳距离值和关键因子，制作菲涅耳计算全息图。试验结果表明，该算法实现程序简化且运行效率高，改善了计算全息图再现成像质量。
　　论文设计实现了计算全息图制作与再现系统，该系统具有运算参数选择输入和再现成像结果输出界面，方便调整参数和结果比对。论文完成100组实验数据分析和系统运行结果，验证了系统的可行性和实用性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 计算全息概述

1．1．1 计算全息发展历史

1．1．2 计算全息的特点

1．1．3 计算全息图

1．2 计算全息研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 本文的课题背景、研究内容和意义

1．3．1 课题背景

1．3．2 研究内容和意义

1．4 本文组织结构

第2章 计算全息的基本理论

2．1 计算全息图的分类与制作

2．1．1 计算全息的分类

2．1．2 计算全息图的制作流程

2．2 抽样定理和空间带宽积

2．3 傅里叶变换原理和计算方法

2．3．1 计算离散傅里叶变换

2．3．2 傅里叶全息图像的再现

2．4 菲涅尔型计算全息原理

2．5 修正离轴参考光编码

2．6 小结

第3章 三维快速建模

3．1 3D Max建模

3．2 三维重建原理

3．2．1 坐标转换

3．2．2 三维点云数据配准

3．3 三维物体快速重建

3．4 小结

第4章 计算全息图制作及再现

4．1 傅里叶变换计算全息图制作和再现

4．1．1 迭代傅里叶变换全息计算

4．1．2 提取三维傅里叶光谱

4．1．3 再现原理

4．1．4 实验结果

4．1．5 傅里叶计算全息图制作与显示系统

4．2 菲涅尔计算全息图制作与再现

4．2．1 光学扫描全息术

4．2．2 实验分析与结果

4．2．3 菲涅尔计算全息图制作与显示系统

4．3 小结

第5章 系统设计与实现

5．1 编写目的和背景

5．2 实验系统与运行环境

5．3 功能设计

5．3．1 功能需求

5．3．2 总体功能设计

5．4 系统界面与功能实现

5．4．1 系统主界面

5．4．2 二维计算全息图制作与显示

5．4．3 三维模型重建与显示

5．4．4 研究实验结果展示

5．4．5 大场景合成界面

5．5 小结

结论

参考文献

致谢

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