一种彩色数字全息像的获取方法技术

本发明专利技术涉及一种彩色数字全息像的获取方法，技术特征在于：使用黑白型面阵ＣＣＤ和多记录波长无透镜傅里叶变换全息图记录光路，分别拍摄被记录物体在红、绿、蓝激光照明下的单色数字全息图；对采集到的单色数字全息图进行补零处理，得到相应的补零数字全息图后分别进行中值滤波预处理，得到相应的中值滤波预处理全息图并进行逆快速傅里叶变换操作，将得到的红、绿、蓝各单色数字全息像分别输入到三层零矩阵中，得到被记录物体的彩色数字全息像。本方法的再现像在数值重建像平面上的位置由记录时物平面上被记录物体与参考点光源之间的距离所固定，不随记录距离的改变而变化，且对被测物体的横向尺寸约束较小，具有较大的空间带宽积。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，属于数字全息
是一种基 于数字全息术和无透镜傅里叶变换全息术的彩色数字全息像的获取方法。
技术介绍
对彩色物体的全息记录和显示是全息技术应用的一个重要方面，目前普遍采用的 方法为传统的光学全息术，如彩虹全息术，透射式真彩色全息术，反射式真彩色全息 术，真彩色合成全息术等(《光学全息及其应用》，于美文著)。它们的实现方法较为复 杂，主要原因在于首先，全息图的记录光路复杂，不易搭建和调整；其次，干板等 化学记录介质无法重复使用，用其记录全息图成本太高，且不便于全息图的复制及传 输；再次，须将全息图复位到原光路中才能进行彩色全息再现像的观察，且其质量易 受到色串扰、全息图复位精度及观察视角等的影响。利用数字全息术获得所记录物体的彩色全息像是目前全息技术发展的一个重要方向。B. Javidi禾口 D. Alfieri等人在其论文《Method for superposing reconstructed images from digital holograms of the same object recorded at different distance and wavelength》 (Optics Communications 260(2006)， 113-116)禾口《Three-dimensional image fUsion by use ofmultiwavelength digital holography》(Optics Letters 30(2005), 144-146)中通过对使用 离轴菲涅耳全息光路记录的数字全息图进行补零处理来调整不同全息图记录条件(记录波长和记录距离)下数字全息像的显示大小，在此基础上对获得的显示尺寸相同的 红、绿单色全息像进行合成得到彩色数字全息像，但是由离轴菲涅耳全息记录光路记 录的数字全息图，其数值再现像在重建像平面上的位置，随全息图记录时的物参夹角 及记录距离的改变而变化，因而不能保证不同记录距离处数值再现像的准确重合，这将导致合成的彩色数字全息像的边界和细节变得不清晰，影响了彩色全息再现像的质量o
技术实现思路
要解决的技术问题为了避免现有技术的不足之处，本专利技术提出，可 以克服传统光学彩色全息术中所存在的问题与困难。能够保证彩色数字全息像合成时， 各单色数字全息像在重建像平面上位置的准确重合，以获得具有清晰边界和细节结构 的准确彩色数字全息像。技术方案本专利技术的技术特征在于方法步骤为(1) 使用黑白型面阵CCD和多记录波长无透镜傅里叶变换全息图记录光路，分别拍摄被记录物体在红、绿、蓝激光照明下的单色数字全息图AR， Ae， AB;(2) 对采集到的单色数字全息图AR， AG， AB，分别根据其记录距离和记录波长进 行补零处理，得到相应的补零数字全息图BR， BG， BB;(3) 对补零数字全息图BR， BG， BB分别进行中值滤波预处理，得到相应的中值滤 波预处理全息图CR， CG， CB;(4) 对中值滤波预处理全息图CR， CG， CB分别进行逆快速傅里叶变换操作，得到 相应的红、绿、蓝单色数字全息像；(5) 将红、绿、蓝各单色数字全息像分别输入到一个像素数为ATxWx3的三层零矩 阵的第一、第二和第三层中，得到被记录物体的彩色数字全息像。单色数字全息图A表示单色数字全息图Ar或Ag或AB，记录波长为;i，记录距离 为D，像素数目为A^xA^， A^为位于数字全息图记录平面的CCD的像素尺寸，A/补零数字全息图B的数值重建像的像素尺寸；所述的单色数字全息图A补零处理步骤 为(1) 根据Z^Z^/ID/A/A//;,得到补零处理的零矩阵在一维方向上的像素数目，并 建立一个像素数目为Z^xZy的零矩阵；(2) 用单色数字全息图A的矩阵中坐标为的像素值替换零矩阵中坐标为 的零像素值，得到像素数目为的补零数 字全息图B。所述的中值滤波预处理步骤为(1) 以mx"的中值滤波窗口对补零数字全息图B进行中值滤波，得到中值滤波全 息(2) 将补零数字全息图B与它的中值滤波全息图相减，得到中值滤波预处理全息 图C。所需要的每个单色数字全息图AR、 Ac和AB的数目为大于等于l，在记录波长不 变情况下记录距离不相同。所述的mxw的取值范围为2~10区间中的整数。一种所述的拍摄被记录物体的多记录波长无透镜傅里叶变换全息图记录光路，其 特征在于红、绿、蓝各激光器发出的光束分别被分束为第一光束和第二光束，第一 光束彼此间严格重合，第二光束彼此间严格重合。第一光束照射被记录物体，第二光 束经过扩束转化为球面光波后与被照射物体反射的第一光束相互干涉，并形成一干涉 区域；黑白型面阵CCD设置在干涉区域内，且球面光波的源点到黑白型面阵CCD光敏 面的光程与被记录物体到黑白型面阵CCD光敏面的光程相等；在红、绿、蓝激光器各 自的输出端设计了控制激光束通过与否的电子快门。所述的被记录物体到黑白型面阵c(5d光敏面的光程即记录距离的改变，通过调节黑白型CCD沿垂直于全息图记录平面方向的位移实现。有益效果本专利技术提出的彩色数字全息像的获取方法，相对于离轴菲涅耳全息术，无透镜傅 里叶变换全息术其记录的数字全息图的数值再现像在数值重建像平面上的位置由记录 时物平面上被记录物体与参考点光源之间的距离所固定，不随记录距离的改变而变化， 且对被测物体的横向尺寸约束较小，具有较大的空间带宽积。首先，本方法使用数字全息术进行被记录物体的彩色全息再现，克服了传统光学彩色全息术中所存在的问题与困难，使得记录和再现过程均大为简化；其次，在彩色数字全息像的获取过程中，采用多记录波长无透镜傅里叶变换全息图记录光路进行各 单色数字无透镜傅里叶变换全息图的记录，由于其重建像平面上的数值再现像到该平 面中心的距离准确等于记录物平面上被记录物体中心到参考点光源之间的距离，而与 全息图的记录距离无关，因此可以很好地保证不同记录距离处各单色再现像位置的准确重合，使得合成得到的彩色数字全息像具有清晰的边界及细节结构；再次，基于无 透镜傅里叶变换全息术的光路结构在全息图记录时能够充分利用CCD的有限带宽，降 低对CCD分辨率的要求，因而有利于所获得的彩色数字全息像的分辨率的提高;最后， 数字无透镜傅里叶变换全息图的数值重建过程简单，仅通过一次二维傅里叶变换就可 以获得数字全息像，能够节省大量运算时间，满足实时化处理的要求。 附图说明图1:实施例的多记录波长无透镜傅里叶变换全息图记录光路图2:实施例l的实验结果，其中(a)、 (b)、 (C)分别为未根据记录条件对各单色 数字无透镜傅里叶变换全息图进行补零处理而得到的红、绿、蓝各色数字全息像；(d)、(e)为根据记录条件对单色数字全息图进行补零处理后得到的红、绿各色数字全息像 (数值重建像的像素尺寸与(c)相同)；(f)为由(c)、 (d)、 (e)合成得到的彩色数字全息像。图3:实施例2的实验结果，其中(a)为不同记录距离处红光数字全息再现像的 合成结果；(b)、 (c)分别为相应的绿光及蓝光数字全息再现像的合成结果；(d)为由 (a)(b)(c)合成得到的彩色数字全息像；(e)为对(d)中彩色数字全息像的放大图；(f) 为拍摄的被记录物体的数码照片。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种彩色数字全息像的获取方法，其特征在于方法步骤为：　（１）使用黑白型面阵ＣＣＤ和多记录波长无透镜傅里叶变换全息图记录光路，分别拍摄被记录物体在红、绿、蓝激光照明下的单色数字全息图Ａ↓［Ｒ］，Ａ↓［Ｇ］，Ａ↓［Ｂ］；　（２）对采集到的单色数字全息图Ａ↓［Ｒ］，Ａ↓［Ｇ］，Ａ↓［Ｂ］，分别根据其记录距离和记录波长进行补零处理，得到相应的补零数字全息图Ｂ↓［Ｒ］，Ｂ↓［Ｇ］，Ｂ↓［Ｂ］；　（３）对补零数字全息图Ｂ↓［Ｒ］，Ｂ↓［Ｇ］，Ｂ↓［Ｂ］分别进行中值滤波预处理，得到相应的中值滤波预处理全息图Ｃ↓［Ｒ］，Ｃ↓［Ｇ］，Ｃ↓［Ｂ］；　（４）、对中值滤波预处理全息图Ｃ↓［Ｒ］，Ｃ↓［Ｇ］，Ｃ↓［Ｂ］分别进行逆快速傅里叶变换操作，得到相应的红、绿、蓝单色数字全息像；　（５）将红、绿、蓝各单色数字全息像分别输入到一个像素数为Ｍ×Ｎ×３的三层零矩阵的第一、第二和第三层中，得到被记录物体的彩色数字全息像。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵建林，姜宏振，邸江磊，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]