全息图的数字化频域滤波及数值再现研究

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1、第35卷第6期电子科技大学学报Vol.35No.62006年12月JournalofUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaDec.2006·光电子学工程与应用·全息图的数字化频域滤波及数值再现研究仇宇(绵阳师范学院学生工作部四川绵阳621000)【摘要】采用计算机对普通离轴计算全息图及博奇型修正离轴参考光计算全息图进行数字化滤波操作，可在频域将零级及孪生像消除，从而得到单一的清晰实像或虚像。利用快速傅里叶变换算法计算菲涅耳衍射积分，实现了计算全息图的设计制作、频域滤波、再现过程的全数

2、字化，计算机数值模拟结果表明该方法具有再现图像信噪比高、操作过程简便、计算速度快、灵活性强等特点。关键词计算机制全息图;傅里叶变换;数字滤波;数值再现中图分类号O438.1文献标识码ADigitalFrequencyFilteringandNumericalReconstructionofComputerGeneratedHologramQIUYu(Students’AdministrationDepartment,MianyangNormalUniversityMianyangSichuan621000)AbstractDigitalfil

3、teringmethodforfrequencydomainisemployedtoprocessconventionalandmodifiedoff-axisreferencebeamcomputergeneratedholograms,thenthespatialspectraofzeroorderimageandonetwinimagecanbeeliminated,andsingleclearvirtualimageorrealimagecanbereconstructednumerically.Inthispaper,fastFou

4、riertransformalgorithmisusedtocalculatetheFresneldiffractionintegration,andthetotaldigitizationofdesign,fabrication,frequencyfiltering,andreconstructionproceduresareachievedsuccessfully.Thenumericsimulationbycomputershowsthatthismethodhassomeadvantagessuchashighsignal-to-no

5、iseratio,convenientoperationprocedures,fastcomputingspeed,andhighflexibility.Keywordscomputergeneratedhologram;Fouriertransform;digitalfiltering;numericalreconstruction传统的光学全息图制作需有真实的记录物体存在，还需要激光光源、防震平台、光学元件、记录材料等硬件条件，对记录环境条件(振动、噪音等)也有较高的要求，均给全息图的制作质量与可重复性带来较多问题。不用光学干涉记录而用人

6、工的方法，即使用计算机与绘图仪，根据物波的数学描述，将其振幅和相位以一定的编码方式记录下来形成全息图，这就是计算全息图；采用光敏电子元件(ChargeCoupleDevice，CCD)代替普通照相干版，并将记录的全息图输入计算机，再通过一定的算法重建物体的再现像，在计算机屏幕上显示出来，这就是数字全息术。计算全息和数字全息在技术上突破了光学全息的某些限制和不足，有利于实现光学技术与计算机技术、电子技术的有机结合，有利于改善光学技术的处理精度、可靠性、技[1]术复杂性等，是光学全息和未来全息技术的重要发展方向。由于CCD的分辨率(通常在100l

7、ines/mm左右)低于传统的感光记录介质大约一个数量级，限制了数字全[2]息图记录时的参物光夹角只能在1°左右，使得同轴及准同轴记录的数字全息图的再现像受到直透光和共轭像的严重干扰，特别是零级像，占据了大部分能量而在图像的当中形成一个大又亮的亮斑，使得重建图像的质量不高。目前，消除数字全息图的零级像及共轭像的方法主要有两种：(1)采用相移技术来改变参考光束的相位并记录多幅相应的全息图，再通过计算机数字相减技术，能很好地去除直透光和共轭像的影响，[3]获得高质量的数字图像；(2)利用离轴数字全息图技术对全息图进行傅里叶变换，通过在频谱面上将彼

8、此[4]分离的零级像及共轭像的频谱滤掉，可再现得到所需的单一图像。本文将离轴数字全息图的数字滤波技术收稿日期：2006−05−29作者简介：仇宇(1965–)，男，