曲面计算机全息图可以增加全息显示的视场。然而, 繁重的计算量仍然是实时生成曲面计算机全息图的阻碍。提出了一种基于双步菲涅尔衍射的曲面计算机全息图快速生成方法。该方法包括两个步骤:第一步是使用双步菲涅耳衍射生成平面计算机全息图, 第二步是根据光衍射传播定律将平面计算机全息图补偿为曲面计算机全息图。数值模拟结果表明, 与使用点源法直接计算相比, 计算时间明显缩短, 重建图像的质量满足人眼的观看需求。光学实验结果与数值模拟结果吻合。预期该方法可以在未来的实时曲面全息显示中得到广泛应用。

全息防伪技术已经实现了工业上的应用, 但仍存在精度差、成本高等问题。通过计算出二值图的傅里叶变换频谱, 采用罗曼三型编码, 计算出二元全息图。通过电子束蒸发镀膜、等离子增强化学气相沉积、电子束曝光、感应耦合等离子干法刻蚀、纳米压印等半导体工艺, 制备出了高精度、低成本、可复制的全息图。并对所制备的全息图分别用红色、绿色激光进行了测试, 得到的衍射图案清晰, 复现方式简单。

在计算机全息图的计算过程中, 引入的随机相位与光学重建中相干光散射会引起再现像中的散斑噪声现象, 从而影响重建图像的质量。提出了一种新的基于部分相干光相干度分布的全息图计算方法, 即PCL-GS算法, 算法以Shell衍射定理为基础, 模拟参考光源相干度对全息记录过程的影响, 使模拟记录过程更接近实际状况。在重建光相干度相同的情况下, 与传统GS算法重建结果相比, 重建图像的峰值信噪比提升4.8%、结构相似度提升14%、散斑对比度降低4%。方法可为三维全息显示、光束整形等光调制技术提供新的理论基础。

全息图的生成速度影响了全息三维显示的实用化, 大尺寸、大场景全息图的生成尤为困难, 为了解决此问题, 将人眼跟踪技术和指向光技术用于全息显示, 形成主动式全息显示是一种解决动态全息显示的途径。针对主动式全息显示的需要, 提出一种基于二步全息算法及空间冗余光波去除的并行全息图生成方案。首先根据二步全息算法计算行列贡献分量, 结合空间冗余光波去除原理确定子全息图范围, 合理设计基于 GPU的 CUDA并行计算方案, 以实现大尺寸、大场景全息图的快速生成。实验表明这种方法有效可行, 二步算法的引入使计算速度在并行计算的基础上再提高 10倍左右, 空间冗余光波的去除有效克服大场景与空间采样间隔之间的矛盾。

全息图的快速生成是当前计算机制全息的重点与难点, 为提高全息图的生成速度, 提出一种基于Cuda并行计算的全息图快速生成方案。首先利用OpenGL的深度缓存对空间物体进行离散取样, 获得空间离散物点集, 再对传统的查表算法进行优化处理, 大大减小查找表的空间大小, 离线制作查找表, 存入GPU纹理内存, 合理设计并行计算方案, 将Cuda并行计算的方法应用于全息图的快速生成。实验表明该方法有效可行, 并行计算可将全息图的生成速度提高40倍左右, 同时, OpenGL的使用给交互式全息图的计算机生成提供一种研究思路。

提出了一种新的制作双通道计算全息图的方法.通过在一张全息图中同时记录一个物体傅里叶频谱的复共轭信息和另一个物体的傅里叶频谱信息,重新设计计算全息图的抽样单元,使输入的两个平面物体,同时再现在同一衍射级的相同或不同方向上,再现的两个像在空间完全分离开来,从而实现了载波信息的通道变化.该方法已经在实验中得到了印证,文中给出了相应的原理和实验结果.

在基于LCD再现的计算全息中,由于TFT-LCD固有的像素结构形成一个二维黑栅矩阵,其衍射作用会引入阵列分布的多个像,即黑栅效应,影响再现像的像质.通过理论推导,具体分析了LCD黑栅效应对全息再现像的影响;提出像素分解法,分别模拟理想再现和基于LCD再现的过程,得到相应的数字再现像.并对其进行了比较和分析,给出了分析结果,证实了LCD黑栅效应对再现像的影响.

Interferometric optical testing using computer-generated hologram (CGH) has provided an approach to highly accurate measurement of aspheric surfaces. While designing the CGH null correctors, we should make them with as small aperture and low spatial frequency as possible, and with no zero slope of phase except at center, for the sake of insuring low risk of substrate figure error and feasibility of fabrication. On the basis of classic optics, a set of equations for calculating the phase function of CGH are obtained. These equations lead us to find the dependence of the aperture and spatial frequency on the axial distance from the tested aspheric surface for the CGH. We also simulate the optical path difference error of the CGH relative to the accuracy of controlling laser spot during fabrication. Meanwhile, we discuss the constraints used to avoid zero slope of phase except at center and give a design result of the CGH for the tested aspheric surface. The results ensure the feasibility of designing a useful CGH to test aspheric surface fundamentally.

为改善图像的相关识别性能,提出一种自聚焦子波变换匹配滤波器.用计算全息制作该匹配滤波器时,引入DOG子波函数,以达到锐化相关峰的目的.模拟计算结果表明,对于不同子波函数,其伸缩因子都存在一个最佳滤波范围,当伸缩因子在最佳因子范围内时,相关峰最尖锐,信噪比是传统相关峰信噪比的5.8倍.引入二次相位因子使匹配滤波器具有自聚焦功能,从而简化了光路.

根据全息理论,从点光源菲涅尔全息图的计算出发,提出一种利用主菲涅尔波带计算三维物体菲涅尔全息图的方法.通过读取3DS文件直接获得三维物体表面各点的空间位置信息,模仿物理全息计算出点的菲涅尔图,将组成三维物体的各点的菲涅尔波带叠加从而获得三维物体的全息图.该方法区别于用菲涅尔衍射公式的传统全息计算,用加法运算代替指数、乘除运算,从而大大加快了计算输出全息图的速度,且具有信息连续、无冗余信息等特点.实验对由1060个采样点组成的物体进行全息计算,生成一幅1024×768的全息图,所需时间为83s.