计算机全息

计算机激光全息图形是把从激光器射出的相关性很好的激光分成波长相同的两束，一束照到被援物体上反射出来，叫物光；另一束经平面镜反射后成为参考光，以一定的角度射向底片，并在那里与物光相遇而发生干涉。底片上记录下来的明暗干涉条纹，就得到记录被撮物体光波强度和相位的全息照片 计算机全息技术，简称CGH（Computer-Generated Holography），是一种通过计算机模拟和数字处理技术来记录和再现三维物体的波前信息，进而生成全息图像的方法。利用这种技术，人们可以捕捉到物体的三维形态和深度信息，并通过全息照片的形式展现出来。与传统光学全息相比，计算机全息更易于控制和复现，且具有更高的精确度和灵活性。 在计算机全息图像的生成过程中，首先需要一束相干性极好的激光，这通常是通过激光器产生的稳定光源来实现的。激光束被分为两部分：物光和参考光。物光直接照射到被拍摄的物体上，随后反射回来，携带着物体表面的信息；参考光则通过平面镜反射，以特定角度与物光在感光底片上相遇。当物光和参考光相遇时，会发生干涉现象，形成明暗相间的干涉条纹，这些条纹记录了物体光波的强度和相位信息，也就是物体的全息信息。在底片上记录下来的这些干涉条纹，实际上构成了全息照片。 计算机全息技术的核心在于数学和算法的应用，尤其是快速傅里叶变换（FFT）和二维傅里叶变换在全息图生成过程中扮演着重要角色。在生成计算机全息图之前，需要将物体的三维信息转换为二维图像，这个过程包括对原始图像进行处理，如应用随机位相因子来降低全息图的动态范围，这有助于简化计算复杂度并提升图像再现的质量。处理后的物函数通过二维快速傅里叶变换得到频域表达形式，之后通过与载波函数相乘来引入频率调制，以创建全息图数据区。载波参数的选择对于确定再现图像的空间频率特性至关重要。 之后，全息图数据被映射到一个更大的矩阵上，通过调整抽样单元的大小（S）来绘制全息图，最终制作成灰阶图像。这里，灰度等级的选择会影响全息图的细节和质量。全息图完成后，使用逆FFT（IFFT）技术可以将全息图数据再现成三维图像，再现图像同样需要经过归一化和缩放处理，以便于观看和分析。 计算机全息技术的应用领域非常广泛，包括但不限于数据存储、安全防伪、医学成像以及虚拟现实等。在数据存储方面，计算机全息能够以极高的密度存储数据，甚至有望突破现有的存储技术限制；在安全防伪领域，由于全息图像难以复制，因此可以用于制作高安全性的防伪标签；在医学成像中，计算机全息能够提供三维的组织或器官图像，有助于精确诊断；而在虚拟现实领域，计算机全息技术可以创建逼真的三维影像，为用户提供沉浸式的体验。 计算机全息技术不仅在科学领域内具有重要的研究价值，它也正在逐步走进人们的生活，预计未来在各行各业中都会发挥其不可替代的作用。通过将光学、数学和数字信号处理结合在一起，计算机全息为人类展现出一个全新的视觉世界，对于信息的记录、存储、传输和展示来说都是一项革命性的技术进步。