數(shù)字全息3D圖像再現(xiàn) 的方法論述

劉冬爾 湖南省長(zhǎng)沙麓山國(guó)際實(shí)驗(yàn)學(xué)校

數(shù)字全息3D圖像再現(xiàn) 的方法論述

劉冬爾 湖南省長(zhǎng)沙麓山國(guó)際實(shí)驗(yàn)學(xué)校

當(dāng)今社會(huì)是一個(gè)全球化、信息化的時(shí)代，社會(huì)的不斷進(jìn)步以及科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展不僅推動(dòng)了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，還大大促進(jìn)了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在光學(xué)領(lǐng)域的廣泛運(yùn)用。本文以數(shù)字全息技術(shù)原理及相關(guān)理論作為出發(fā)點(diǎn)，分析了數(shù)字圖象處理技術(shù)，并從相移數(shù)字全息原理和相移數(shù)字全息計(jì)算方法等方面探討了基于相移數(shù)字全息技術(shù)的圖像再現(xiàn)，以期為能夠真實(shí)再現(xiàn)原物信息的全息顯示技術(shù)提供一些參考和意見。

數(shù)字全息 3D圖象 相移數(shù)字全息

與普通光學(xué)技術(shù)相比較，數(shù)字全息技術(shù)具有顯著優(yōu)勢(shì)，具體表現(xiàn)為經(jīng)濟(jì)成本低、靈活性高、速度快等。因此數(shù)字全息技術(shù)被廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域和全息防偽領(lǐng)域。數(shù)字全息技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用，不僅可以方便人們的生活與工作，還可以進(jìn)一步推動(dòng)光學(xué)技術(shù)的發(fā)展。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)代信息技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的普及，諸多科學(xué)家們對(duì)數(shù)字全息技術(shù)展開了激烈討論，并分析了光能利用率問題、制定了具有針對(duì)性的策劃方案，從而為進(jìn)一步提高圖像質(zhì)量提供了幫助。

1 數(shù)字全息術(shù)原理及相關(guān)技術(shù)理論

1.1 全息術(shù)原理

全息技術(shù)是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中的一種再現(xiàn)技術(shù)，其依據(jù)原理主要利用干涉和衍射原理，向人們呈現(xiàn)一種立體感強(qiáng)、形象生動(dòng)的三維圖像技術(shù)。全息技術(shù)原理再造的立體圖像相較于普通圖像而言，具有保存價(jià)值功能，可以對(duì)藝術(shù)品資料進(jìn)行收藏。全息術(shù)攝影技術(shù)主要包括激光束技術(shù)、360度全系顯示技術(shù)、空氣投影和交互技術(shù)。相較于激光束技術(shù)和空氣投影技術(shù)而言，360度全系顯示技術(shù)的危險(xiǎn)系數(shù)較大，包含了未來科學(xué)技術(shù)以及特殊立體鏡片影像技術(shù)，不僅可以真正出現(xiàn)一種全方位、立體性的投影技術(shù)，還可以從360度觀看影像。

1.2 全息圖分類

全息圖可以分為兩大類：其一，同軸全息圖。其二，離軸全息圖。圖1是同軸全息圖的具體展示。一方面，就同軸全息圖優(yōu)勢(shì)而言，具有光路簡(jiǎn)單特性，色差分布范疇小。記錄借助分辨率相對(duì)較高，因此可以用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。另一方面，同軸全息圖具有一定的劣勢(shì)，具體表現(xiàn)為透明度差、整體質(zhì)量不高等。但是隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，借助現(xiàn)代科技可以逐步彌補(bǔ)同軸全息圖的缺點(diǎn)。

圖1 同軸全息圖

通過合理分析和判斷，可以得出同抽全息圖振幅透過率：

垂直照明全息圖，如圖2所示：

圖2 垂直照明全息圖

衍射之后，結(jié)合理論原理。得出光場(chǎng)公式：

由圖例信息和公式可知：公式第一項(xiàng)和第二項(xiàng)所表達(dá)的含義相同，即表示為零級(jí)衍射潑。公式的第三項(xiàng)和第四項(xiàng)分別表示為同軸全息圖的虛擬圖象或者原始圖形、同軸全息圖的實(shí)像。構(gòu)成孿生像的主要元素為實(shí)像、虛像。

1.3 原理剖析

相較于傳統(tǒng)全息技術(shù)而言，在介質(zhì)方面，數(shù)字全息技術(shù)存在本質(zhì)差別。數(shù)字全息技術(shù)是數(shù)字化技術(shù)、現(xiàn)代信息技術(shù)和科學(xué)技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，在一定程度上推動(dòng)了數(shù)字化時(shí)代和現(xiàn)代信息技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展。另外，找光影平面處理技術(shù)方面，數(shù)字化全息技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)值模擬全息圖像處理和全息圖的再現(xiàn)等。三維成像的操作原理步驟如下：首先，在計(jì)算機(jī)平面圖畫上形成一個(gè)虛擬圖象，虛擬圖象是由于真實(shí)3D物體在3D輪廓傳感器中的一種真實(shí)映射。其次，利用數(shù)據(jù)點(diǎn)云和計(jì)算機(jī)計(jì)算出3D圖象的全息圖，參考虛擬參考光原理。最后，采用CCD等光電圖象傳感器實(shí)現(xiàn)3D虛擬圖象的數(shù)字全息圖，結(jié)合實(shí)際參考光學(xué)原理和空間光調(diào)制器實(shí)現(xiàn)物體的3D再現(xiàn)像。

2 數(shù)字圖象處理技術(shù)簡(jiǎn)要分析

數(shù)字圖象處理技術(shù)是現(xiàn)代信息技術(shù)的產(chǎn)物，是一種二維信息技術(shù)和數(shù)字全息3D圖象再現(xiàn)技術(shù)。數(shù)字圖象處理技術(shù)主要以計(jì)算機(jī)作為處理圖象的平臺(tái)之一，在計(jì)算機(jī)中，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存和數(shù)據(jù)圖象信息的分析，其優(yōu)勢(shì)在于數(shù)據(jù)信息處理速度較快。但是該種技術(shù)具有明顯缺點(diǎn)，儲(chǔ)存空間小。隨著科學(xué)技術(shù)和現(xiàn)代信息化的發(fā)展，數(shù)字圖象處理技術(shù)具有融合圖像增強(qiáng)和圖象傳輸、圖象壓縮等方面的功能。數(shù)字圖象處理技術(shù)主要運(yùn)用于計(jì)算全息、提高數(shù)字全息圖質(zhì)量算法。就計(jì)算全息而言，利用計(jì)算機(jī)計(jì)算數(shù)字全息是指通過對(duì)3D全息數(shù)據(jù)抽樣、計(jì)算、編碼，并最終實(shí)現(xiàn)數(shù)字全息圖像的目的。其外在表現(xiàn)形式主要是以計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和傳統(tǒng)全息術(shù)作為基礎(chǔ)，根據(jù)現(xiàn)代投影技術(shù)和數(shù)字再現(xiàn)原理記錄實(shí)際不存在的物體。就數(shù)字全息圖質(zhì)量的各種算法而言，數(shù)字圖象處理技術(shù)可以有效提高全息圖質(zhì)量的算法。其外在表現(xiàn)形式主要是以計(jì)算機(jī)作為有效載體，通過圖象增強(qiáng)畫面真實(shí)感、利用圖象恢復(fù)3D數(shù)據(jù)、利用圖形編碼技術(shù)提高3D數(shù)據(jù)的算法。這種形式不僅大大提高了數(shù)字全息圖像的整體質(zhì)量，還將卷積運(yùn)算、灰度處理、頻域?yàn)V波、數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)通過再現(xiàn)技術(shù)將難度降低到最小化。

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著科學(xué)技術(shù)以及數(shù)字全息化技術(shù)的不斷進(jìn)步，數(shù)字全息3D圖象再現(xiàn)算法和數(shù)字全息處理技術(shù)得到逐步提高。但是相較于國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家而言，我國(guó)的數(shù)字全息技術(shù)還處于發(fā)展的初步階段。具體表現(xiàn)為CCD分辨率較低、受環(huán)境影響較大、數(shù)字全息技術(shù)不夠成熟等。因此需要相關(guān)科研人員進(jìn)行更深入的研究，從而實(shí)現(xiàn)高CCD分辨率、提高數(shù)字全息技術(shù)操作水平的目的。

[1]孫延祿.從模擬人眼立體視覺功能的差異看3D影像技術(shù)的類別與未來[J].現(xiàn)代電影技術(shù),2012,01:13-23.

[2]馬建設(shè)等.數(shù)字全息三維顯示關(guān)鍵技術(shù)與系統(tǒng)綜述[J].光學(xué)精密工程,2012,05:1141-1152.