基于光学原理的图像存储和恢复

摘要

近年来，随着信息社会的飞速发展，人们对快速、安全的大容量信息存储的需要变得越来越迫切。图像作为最常见的信息存储方式，如何对其进行安全存储和传输成为了我们所关注的课题。然而对于常见的光学全息方法，其存储能力较为有限;对于体全息技术等新方法，尽管具有较大的存储容量，其发展却受到存储材料和级次串扰等条件的制约。
　　本文提出了一种基于光学原理的对大容量图像数据进行安全存储和恢复的方法。该方法利用不同旋转角和槽型角的闪耀光栅分别对多幅经过预处理的灰度图像进行编码，并将所有被调制图像叠加并存储到一个同尺寸的衍射光学元件中。应用特殊设计的空间滤波器可以选择性地对叠加图像中相应图像的衍射光斑进行过滤并恢复图像。同时，光学加密/解密方法也可以加载至衍射光学元件以提高数据存储的安全性。
　　本文针对所提出方法在仿真实现的同时也应用了光学实验的方式对其进行了验证。仿真结果表明可以将多达198幅512×512像素的图像存储至一个同尺寸的衍射光学元件中，从中恢复的图像具有较高的恢复质量。实验验证阶段，将位相元件的位相分布经计算机输入到空间光调制器(SLM)上用于调制入射激光光束。利用透镜对被调制光束进行傅里叶变换，然后利用光阑在频域对衍射光斑进行筛选和过滤，接着再利用透镜恢复图像，最后利用CCD记录恢复的图像。实验结果显示本方法可实现多图像信息的高质量存储和恢复，且具有图像存储信息量大、操作简便、易于加密等优点。

目录

声明

摘要

1．绪论

1．1 光学图像存储及恢复的选题背景和研究意义

1．2 光学图像存储的研究现状

1．3 本论文的研究内容和章节安排

2．基于闪耀光栅调制的图像存储技术

2．1 光学图像4f处理系统

2．2 闪耀光栅调制理论

2．2．1 闪耀光栅的衍射特性

2．2．2 调制图像的叠加和存储

2．3 存储元件的安全性分析

2．4 本章小结

3．光学图像存储及恢复的仿真实现

3．1 仿真图像的选取和处理

3．2 图像的调制和叠加

3．3 衍射光学元件的加密和解密

3．4 仿真结果和结果分析

3．4．1 仿真结果

3．4．2 仿真结果分析

3．5 本章小结

4．基于光学原理的图像存储及恢复方法的实验验证

4．1 实验原理和方法

4．2 实验器材简介

4．3 实验光路搭建

4．4 实验结果和结果分析

4．4．1 实验结果

4．4．2 实验结果分析

4．5 本章小结

5．总结与展望

参考文献

攻读学位期间主要的研究成果

致谢