计算全息课件

### 计算全息课件知识点详述 #### 一、全息术概述 全息术是一种能够记录和再现三维图像的技术，它基于光波的干涉现象。与传统的摄影技术不同，全息术不仅能记录光波的强度信息，还能记录光波的相位信息。 - **基本原理**： - 全息术的核心在于通过干涉的方式同时记录光波的振幅（强度）和相位信息。 - 实现这一目标的关键是将位相因子 \( \exp(j\phi) \) 转变为非负的实函数。 - **全息技术的发展历程**： - **1948年**：由Dennis Gabor提出了“波前重现”的理论基础。 - **1962年**：离轴全息图的问世，由Leith和Upatnieks共同开发，这标志着全息技术的一个重要里程碑。 - **1964年至1967年**：计算全息技术逐渐成型，包括用光学方法综合复数空间滤波器的方法被提出，并应用于光学检验和光束扫描等领域。 - **全息术发展阶段**： - 第一代全息：使用汞灯作为光源，采用同轴全息图。 - 第二代全息：采用激光记录和再现，引入了离轴全息图。 - 第三代全息：实现激光记录，白光再现。 - 第四代全息：实现了白光记录和再现。 #### 二、计算全息的基本概念 - **Computer-generated Holography (CGH)** 是一种利用计算机生成全息图的技术。 - **发展历程**： - 1964年：Vanderlugt提出了使用光学方法合成复数空间滤波器的概念。 - 1965年：Cooly和Tukey发明了快速傅立叶变换（FFT），同年Kozma利用计算机制造了一个实数型匹配滤波器。 - 1966年：Lohmann和Brown发明了绕行相位编码方法，这是制造CGH复空间滤波器的关键步骤。 - 1967年：CGH技术开始应用于光学检测和光束扫描等领域。 - **分类**： - 按全息图的透射率函数的性质分类。 - 按全息图的原理分类。 - 按全息图的编码方式分类。 #### 三、计算全息的基本原理与过程 - **基本原理**： - 采样：根据系统的参数和采样定理确定物理采样空间。 - 计算：基于物理模型计算物光波及其在全息图平面上各采样点的振幅和位相值。 - 编码：将复值函数转换为离散形式的、非负的实值函数，便于存储。 - 输出：形成CGH。 - **计算过程**： - 物函数抽样：对于限带函数 \( g(x,y) \)，其频谱为 \( G(\xi,\eta) \)，根据采样定理确定抽样间隔和抽样数。 - 频谱抽样：同样地，对频谱函数进行抽样处理。 - 干涉项计算：利用干涉公式 \( I(x,y) = (O + R)^2 = |O|^2 + |R|^2 + O \cdot R^* + O^* \cdot R \) 进行计算。 - 衍射公式应用：利用离散化的菲涅耳衍射公式来计算全息图上的每一点。 - 快速傅立叶变换 (FFT)：为了提高计算效率，通常会采用FFT算法来代替直接的傅立叶变换。 #### 四、光学再现 - 在计算全息技术中，光学再现是通过全息图来重建原始图像的过程。这一过程涉及光波与全息图之间的相互作用，通过光的干涉和衍射效应来再现原始图像。 #### 五、总结 全息术是一项革命性的技术，尤其是在计算全息领域取得了显著的进步。通过对全息图的精确计算和编码，不仅能够实现高质量的三维图像再现，还能够在诸如光学检测、光束扫描等多个领域发挥重要作用。随着计算能力和算法的不断进步，计算全息技术将继续发展，未来在虚拟现实、增强现实等领域有着广阔的应用前景。