结构光三维成像技术
摘要：近年来，结构光三维成像技术被深入研究和广泛应用，通常采用的技术方案是投影一个载频条纹到被测物体表面，利用成像设备从另一个角度记录受被测物体高度调制的变形条纹图像，再从获取的变形条纹图中数字解调重建出被测物体的三维数字像。与全息三维成像对应，结构光三维成像过程也是两步成像过程，先获取物体被结构光条纹调制的二维图像，再从包含变形条纹的二维像中通过数字重建方法得到物体的三维数字像。主要回顾了本课题组在基于结构光三维成像技术研究中的进展，讨论了基于傅里叶条纹分析、相移条纹分析和动态过程三维成像的方法，给出了相关应用的实验结果，分析了结构光三维成像的特点以及该领域今后的发展动向。太赫兹数字全息术的研发与应用
摘要：随着太赫兹技术的逐渐成熟，太赫兹数字全息术作为其中重要的发展方向之一，已经逐渐在众多科研和工业领域显示了强大的应用实力。近些年太赫兹全息术取得了长足的进展，包括系统的开发和应用。建立了一套具有高分辨率、高信噪比、偏振测量能力的太赫兹全息成像系统。同时，将此系统应用到了对平板太赫兹元件的性能表征，对太赫兹波导进行模式测量，对会聚太赫兹波产生的Gouy相移进行观测。这些工作对最终将太赫兹数字全息术用于实际具有积极的推动作用。非相干全息术成像特性及研究进展
摘要：非相干光照明的物体或者自发光物体可以认为是由无数多个点源构成，任意两点发出的光波之间不具有相干性，但同一物点发出的光被分束后是空间自相干的。非相干全息术通过某种光学技术将来源于非相干物体上同一点的光波分为两束，由于这两束光是空间自相干的，因而两柬光可以干涉实现点源全息图的记录，所有点源全息图的非相干叠加构成物体的全息图。对全息图进行光学或数值重建可以恢复原始物体的三维信息。近年来，非相干全息术已经在非扫描荧光显微成像、非相干彩色全息显示和自适应光学领域展示了其应用的潜力。阐明了非相干全息术记录和再现的基本原理，介绍了记录非相干数字全息图的系统与方法，重点分析和讨论了基于自参考光的同轴数字全息成像系统的成像特性、应用的优势和局限，并介绍了这些方面的研究进展。高速高精度体全息光学相关器
摘要：体全息光学相关器基于体光栅的布拉格选择性，在记录介质的共同体积中利用角度复用存储多幅图像。相关计算时，输入一幅图像可以并行输出所有的相关点，每个相关点的强度代表输入图像与对应库图像之间的内积值。分析了提高体全息光学相关器运算精度和速度的关键技术。总结了近年来采用散斑调制技术降低相关通道串扰，采用二维随机交错方法消除图案依赖行为，采用多样本并行估计方法提高并行运算精度，采用读写分离结构实观系统小型化集成等体全息光学相关器技术方面的研究进展。目前体全息光学相关器已经实现超过7500通道的并行运算能力，运算速度达到138GHz。系统在遥感图像匹配、指纹识别等领域的成功应用证明了其高速高精度运算能力。基于人眼视觉特性的三维显示技术
摘要：人眼是三维显示的第一接受器官，在深度视觉、空间／时间分辨、颜色／亮度响应等过程有其独特作用。针对三维显示中的立体图像质量、观看舒适度和临场感特性，对自由立体显示器中立体视疲劳、表面形变、大视场角显示质量和色带效应进行研究，从柱透镜的脉冲响应函数出发进行分析，并提出解决方法，在此基础上将多视点自由立体显示用于澄江古生物群科普宣传。同时讨论了集成成像中单元图像处理、立体深度和显示分辨率的问题，以及全息显示技术中的人眼视觉特性。离轴数字全息波前重建算法讨论
摘要：在离轴数字全息的应用研究中，将数字全息图视为单位振幅平面波照射下的光波场，利用1次快速傅里叶变换（FFT）计算菲涅耳衍射积分是最流行的物光波前重建方法（简称1-FFT法）。然而，用球面波为重建波，利用像平面滤波技术及角谱衍射理论，存在需要4次FFT的另一种波前重建方法（简称FIMG4FFT法）。基于快速傅里叶变换理论对这两种方法进行研究。结果表明，尽管FIMG4FFT重建方法需要进行4次FFT计算，却能用较少的计算资源高效率地重建同等质量的物光场。为便于实际应用，详细给出FIMG4FFT方法在彩色数字全息图像重建及物体微形变检测中的应用实例。基于连续变频技术的三维图像激光打印方法与系统
摘要：提出了一种基于4f成像系统和衍射光栅结构的连续变频技术，利用该技术设计并制造了一套三维（3D）图像激光打印系统，可实现幅面为15cm×20cm的大视角（大于90。）、真彩色3D图像的激光打印输出。分析了3D图像中的变频结构特性，获得了变频结构参数的数学表达式。详细解析了连续变频结构的实现原理，推导了变频规律。通过实验证实了连续变频原理与输出系统的有效性，实现了彩色3D图像的激光打印输出。利用双波长数字全息术测量微小物体表面形貌
摘要：针对表面高度起伏较大的物体的三维形貌测量问题，提出了一种改进的离轴双波长数字全息测量方法。利用偏振分光原理，将两个波长的物光信息同时记录在一幅全息图上，并借助两个波长的频差形成远大于单一波长的等效波长，从而将数字全息术的纵向测量范围拓展到微米甚至毫米量级范围，有效克服了单波长数字全息术测量形貌起伏较大物体时不可避免的相位去包裹问题。对微米量级高度起伏的台阶状样品形貌进行了实验测量，测量结果与样品标称值及台阶仪测量值具有很好的一致性，证明了该方法的有效性。具有平滑运动视差的三维显示技术
摘要：为了实现自然的三维显示，需要按照真实物体呈现方式同时具有双目视差和平滑的运动视差。增加视点数量并提供平滑运动视差通常需要大量的空间信息，依靠大量的数据信息最终可以实现模拟真实场景效果的目的。全息立体图可用于显示三维离散图像或一组三维的空间数据，具有良好的观测效果。给出了三种实现平滑运动视差的三维显示方法，显示效果等同于全息立体图。基于液晶显示屏生成的数字蒙版与高精度柱镜阵列，实验实现了56。角内1200个视点连续的三维显示。在50．7cm×28．5cm的显示屏幕上实现超过40cm的景深。利用尺寸为1．3m×1．8m的全息功能屏幕、视频服务器、相机一投影机阵列，可以实现高连续性三维场景再现，深度超过1m。利用分辨率为3840 pixel×2160 pixel的50 inch（1 inch=2．54cm）液晶显示面板生成的数字断层图像实现了具有连贯运动视差的三维显示。计算全息三维显示的信息量及其简化
摘要：全息信息简化是基于波前再现的全息三维显示技术重要的课题。对全息三维显示的信息量与再现像的视差角与视场角的关系进行了分析，指出全息三维显示的巨大信息量是为了提供足够的视差和视场，以达到人眼立体视觉效果。在牺牲垂直视差并保证足够的水平视差角和视场角的条件下，利用光栅对全息图进行取样，计算了光栅取样全息图对信息压缩的极限，分析了简化后全息图再现像的特点和存在的问题，对于信息压缩后的光栅取样伞息图的再现讲行了设计．基于超快液晶薄膜的实时动态全息三维视频显示
摘要：介绍了在超快液晶薄膜中的实时动态全息视频显示成果，此薄膜不需任何外加电场，而且全息响应在毫秒量级，全息图建立和自擦除时间最快都可达到1ms。利用红绿蓝（RGB）三色激光作为读出光获得了无串扰噪声红绿蓝三色实时动态全息显示视频。基于全息复用技术，在此材料中实现RGB模式彩色全息视频显示。由于此材料易于制成大尺寸显示屏，而且无需任何外加电场，所以由其制成的空间光调制器或其他全息显示器件无需进行像素化，这样就能有效地克服现有空间光调制器的缺陷，其有望在未来被开发成高分辨率、大尺寸、彩色实时动态全息三维视频显示器。基于相移量提取的两步相移数字全息术
摘要：提出了一种以再现参考光的峰值信噪比为判断条件的获取实际相移量的两步相移数字全息迭代方法。分析了再现参考光波的峰值信噪比与相移误差的关系。通过峰值信噪比的1阶、2阶导数来判断迭代方向及峰值信噪比是否达到最大，从而优化迭代过程、降低相移误差，并采用光学实验验证了该方法的可行性。基于最小范数的四种相位解包裹算法比较
摘要：为了快速准确地对含有噪声及欠采样区域的包裹相位图进行展开，采用理论分析与计算机模拟及实验验证相结合的方法，对基于快速傅里叶变换（FFT）的最小二乘法（FFT-LS）、基于离散余弦变换（DCT）的最小二乘法（DCT-LS）、基于横向剪切干涉的最小二乘法（LS删Ls）和预条件共轭梯度法（PCG）的四种相位解包裹算法作了对比研究。结果表明：DCT-LS算法运行速度最快，LS-LS算法次之，PCG算法速度最慢，PCG算法对于噪声的免疫力最强，L＆LS算法处理欠采样的效果最好。基于多平面全息成像的三维显示
摘要：提出了一种基于分数傅里叶变换的多平面成像方法。由空间光调制器给出时序加载全息图的同步信号到外部控制电路，外部控制电路根据时序信号控制聚合物分散液晶屏的开关，使非成像位置的聚合物分散液晶屏为开态，让光通过；使成像位置的屏为关态，接收图像。时序加载不同的全息图，在不同屏上得到了不同的像，利用人眼的视觉暂留效应，实现了多平面全息成像的三维显示。该投影方法可以通过控制光学系统参数和计算全息图时的采样条件调节深度范围，系统简单，易于实现。数字全息显微术用于生物细胞相位重构与补偿的研究
摘要：讨论了数字全息显微术（DHM）相位测量中显微物镜引入的附加相位的消除问题。在DHM相位重构中，对比分析了两步法和泽尼克多项式拟合两种附加相位补偿方法，进行了相应的实验研究，实现了多种生物细胞的相位重构。研究结果表明：两种补偿方法均能有效地消除DHM系统的相位误差。对于两步补偿法，由于补偿计算需要两组数字全息图，实验记录耗时，对记录系统稳定性要求高，但采用有、无样品相位相减的补偿算法简单，能够同时补偿显微物镜带来的球面附加相位和光学系统带来的其他相位畸变，相位重构的精度高。对于泽尼克多项式拟合补偿方法，补偿计算仅需一组数字全息图，在动态相位测量中具有特别的优势，但相位重构的误差随待测细胞高度和面积的增大而增大，为提高泽尼克相位补偿法的相位重构精度，需要保证物体的光学高度或者是物体的横向面积在一个较小的范围内变化。上述结果将为DHM用于生物细胞相位重构的研究和应用提供参考。太赫兹Gabor同轴数字全息记录距离实验研究
摘要：太赫兹Gabor同轴数字全息系统具有分辨率高和结构紧凑等特点，有潜在的应用前景。由于其系统横向分辨率与记录距离有关，因此研究实际成像系统中记录距离对成像结果的影响具有重要的应用价值。利用自制的分辨率分别为0．4mm和0．6mm的目标，进行了不同记录距离的2．52THzGabor同轴全息成像实验，并通过角谱法实现数字再现。对再现像进行了对比分析，实验结果接近横向分辨率随记录距离变化的理论计算结果。结合条纹和伪随机结构光投影的三维成像
摘要：结合条纹和随机图案投影的优点，提出了一种基于条纹投影相移和伪随机图案相结合的三维成像方法。所提方法仅需投影四幅等步相移的正弦条纹图和一幅伪随机结构光图案，结合极线约束条件和图像相关技术，建立左右两相机折叠相位的相互对应关系，在相互对应的折叠相位中，用相位值作为编码来实现双目对应匹配，故不需要对折叠相位进行展开便可实现三维重建。实验结果表明，与传统方法相比，所提方法减少了图像序列采集时间，其三维重建结果的致密性、稳健性以及精度都未受影响。基于SRAD和NSCT的数字全息再现像像质改善方法
摘要：针对数字全息再现像存在的散斑噪声干扰严重、对比度低等问题，提出了基于散斑去噪各向异性扩散（SRAD）模型及非下采样Contourlet变换（NSCT）的数字全息再现像像质改善方法。采用SRAD模型消除再现像中的散斑噪声，然后进行NSCT分解，产生一个低频子带和若干高频子带。基于非线性增益函数和图像分割方法调整低频子带系数，并利用改进的NSCT模极大值法对高频子带进行边缘增强。大量实验结果表明，与近年来提出的非线性扩散去噪方法及NSCT增强方法相比，所提出的方法能更有效地消除散斑噪声、提升再现像的对比度，并得到光滑清晰的边缘，从而提高后续数字全息识别与测量的准确度。
