全息体视图(HS)是一种可加速计算的全息图,能够实现单色全息三维(3D)显示,将其与彩色彩虹全息相结合并实现允许多人围观的半周视彩色彩虹全息3D显示具有实际应用价值。在HS计算原理的基础上,设计单元全息图侧视角及视场角等参数,通过频域复用获得包含红色、绿色和蓝色信息的单元全息图的频谱,对频谱进行傅里叶逆变换后取实部得到该单元全息图,所有单元全息图的组合形成完整的半周视彩色彩虹HS。通过并行加速计算的方法实现分辨率为200800 pixel×200800 pixel、尺寸为64 mm×64 mm的高分辨率半周视彩色彩虹HS仅需15.15 min。采用反射照明的方式进行光学再现,实现了允许多人同时观看的清晰的彩色全息3D显示,其有望应用于3D**地图、3D沙盘等领域。

基于现有的相位空间光调制器,提出并实现了计算机制相位彩虹全息近眼显示。指出带限条件下物光在全息面上相位分布的计算及高频闪耀光栅纵向色散的控制是实现相位彩虹全息的关键要素。在计算相位彩虹全息图时,首先利用带限条件下的角谱衍射算法获取全息面上物光的复振幅分布,并利用双向误差扩散算法将复振幅分布编码为相位分布。然后,对参考光对应的高频闪耀光栅的相位进行编码,得到计算机制相位彩虹全息图。最后,设计了包含白色点光源、准直透镜、空间光调制器、4f滤波系统及目镜的全息彩色近眼显示系统,并通过光学再现获得了相位彩虹全息近眼显示效果,证明了所提方法的有效性。

基于光场图像提出了一种计算机制集成彩色彩虹全息图的快速计算方法,并通过光学实验实现了全息图的彩色三维(3D)显示。首先,将全息图平面分割为多个连续的单元线全息图平面,再根据每个单元线全息图平面的顶点坐标和虚拟狭缝顶点坐标计算单元线全息图平面投影点的3D坐标。然后,以投影点作为虚拟针孔,将3D物体通过虚拟针孔进行投影,将该单元线全息图平面上的光场图像和虚拟针孔处会聚的球面波相位分别作为计算全息图时的物光振幅和相位,并引入参考光编码得到该单元线全息图。最后,用所有单元线全息图组合成彩色彩虹全息图。实验结果表明,用本方法实现一个尺寸为50 mm×50 mm,分辨率为157232 pixel×157232 pixel的全息图仅需43 min,在全息包装、3D广告等领域具有广泛的应用前景。

为了方便、快捷地进行素面彩虹全息材料的光栅常数测量,选用颜色测量领域常用的分光光度计(环形光照明)和扫描设备,在0°~90°范围内,固定测量点,旋转彩虹全息材料,进行不同素面彩虹全息材料的光谱能量信息和图像信息采集。研究发现随着旋转角度的变化,在0°~45°和45°~90°两个范围内采集到素面彩虹全息材料的光谱能量和图像颜色信息呈周期对称变化。由光栅方程的计算得出,在素面彩虹全息材料其正方形栅格的边长和对角线方向具有两个不同的有效光栅常数。研究结果与高倍数显微设备测量结果具有较好的一致性。测量结果可为检验光柱和素面彩虹全息材料的微观结构提供一种理论计算依据。

根据光路可逆的原理，提出了一种基于频域合成的计算机制半周视彩色彩虹全息算法。首先对半周视彩色彩虹全息的原理进行分析，总结了观察窗口与频域的对应关系，指出半周视彩色彩虹全息图物光的频谱由三原色的半环形频谱组合而成；使用彩色三维物体在特定方向上的多个投影图像分别进行分色、插值，再进行二维傅里叶变换，在频域内合成半周视彩色彩虹全息的物光频谱，对合成的物光频谱进行二维傅里叶逆变换，取实部，加上一个偏置分量，得到半周视彩色彩虹全息图。采用该算法计算了一个面积为47 mm×47 mm、分辨率为84000 pixel×84000 pixel的全息图，通过全息输出系统输出，再进行显影定影漂白，实现了可白光再现的半周视彩色彩虹全息图，其显示的三维效果逼真，颜色绚丽，可以同时供多人观赏。

由于激光彩虹全息印刷品表面光栅的特殊光学特性，其在白光下的成像会产生随机的彩虹干涉条纹，增加了全息印刷品颜色测量的难度。针对激光彩虹烟包印刷品的颜色测量问题，设计了一种全息印刷品的专用全息照明光源穹顶光源，并以穹顶光源为照明基础构建了6通道线扫描电荷耦合器件(CCD)成像系统。在该环境下，采用基于主成分分析的光谱反射率重建方法对激光彩虹全息印刷品进行颜色测量。实验证明，提出的颜色测量方法，具有光谱重建精度高的特点，可以有效解决激光彩虹全息印刷品的颜色测量难题。

周视全息能够显示物体360°的再现像，因而极具应用价值.为提高平板型周视全息再现像的观看侧视角，并能够白光再现，结合计算全息，提出了制作大侧视角周视全息图的新方法——计算机与光学全息术结合两步法.研究了计算机制平板周视全息的算法原理，推导了物光波的传播规律，并得到它在记录面上的分布图样.讨论了参物夹角对全息图空间频率的影响，设计了第二步光学像面全息拍摄光路，推导了全息图空间频率与物体尺寸及观察视角的关系式，并计算出关系曲线；选用建模的三维灰度物体，用两步法制作了能够实现白光再现的大侧视角周视全息图，从而验证了原理和设计.对于平板型周视全息来说，该设计不仅可以突破光学全息对记录物体的限制，进行虚拟物体或自然场景的全息图的制作，同时又可以提高再现像的侧视角.

在光全息实验中，需要使用自动化程序控制方案对运动平台等仪器进行控制。传统控制是借助以 PC为核心的仪器控制系统完成的，但是基于 PC的控制系统构成较复杂、成本较高，不具有小型化、便携仪器特点。本文设计并实现了具有基于 ARM嵌入式系统的光学仪器控制系统，系统通过标准化接口与仪器实现通信，使用可视化界面与用户进行交互，并使用印刷线路板技术将系统集成在一起。该系统可实现对快门、运动平台、功率计等光全息实验中需要使用的仪器设备的控制，并具有可视化的控制和显示界面。

为了在计算机制彩色彩虹全息图输出之前定量得到再现像的色彩保真度, 提出了一种采用数值再现进行色差评价的方法.首先对彩虹全息图进行了频谱分析, 得到再现参量与频谱分布之间的关系; 然后采用频域滤波算法实现彩色彩虹全息图数值再现, 得到再现像的相对功率谱分布; 最后采用CIE1976UCS均匀颜色空间对再现像色差情况进行了计算.设计了7个色块并制作了计算机制真彩色彩虹全息图, 以金卤射灯作为照明光源进行了光学再现实验, 给出实验结果及分析.研究证明了采用数值再现方法实现对计算彩虹全息再现像光谱分布和色差进行计算分析是一种快速经济的方法.

提出了一种计算机制真彩色彩虹全息图模拟再现方法。根据衍射及几何光学的原理，分析了彩色彩虹全息图再现时空间观察窗口与频谱面窗口的对应关系。在计算机中构造照明光(红、绿、蓝三色)的分布，并分别与全息图相乘，采用傅里叶变换对上述结果进行频谱分析，并通过频域滤波获取与特定观察窗口位置对应的频谱信息；然后进行逆傅里叶变换得到全息面上的再现像。将逆傅里叶变换结果衍射一段距离，可得到对应于特定观察窗口、位于不同位置处的再现像。通过计算机模拟得到了与光学再现一致的结果，表明了该方法的可行性。为快速、经济地验证计算机制真彩色彩虹全息图的正确性提供了一种途径。