Keywords:information optics; optical holography; digital holography
第一章 绪论
1.1光学全息概述
1948年英国物理学家伽伯(D.Gabor)为了提高电子显微镜的分辨本领而提出了全息原理，并开始了全息照相的研究工作。当时，人们以汞灯作为光源，制作出了同轴全息图（物光与参考光在同一光路上）。这一时期的全息图被称为第一代全息图，标志着全息术的萌芽。第一代全息图存在两个严重问题，一个是再现的原始像和共轭像分不开，另一个是0年激光的问世，为全息术提供了一种高相干性光源，以及1962年美国科学家利思(Leith)和乌帕特立克斯(Upatnieks)将通信理论中的载频概念推广到空域中，提出离轴全息图，使全息术得到了新生，进入了迅速发展的年代[1]。他们提出，如果将信号信息（物体衍射的光波）叠加在一个载频（离轴参考光波）上，则两个再现的光波应当就是这个过程的边带，并且可以彼此分开。从光学的观点看，如果使物体衍射的光波与一个离轴的（而不是盖伯那种同轴的）参考光波相干，则所形成的全息图就相当于是一种光栅结构的形式。再现过程将给出两个光波。即为光栅的两个一级衍射波。人们应用这个原理，用离轴的参考光与物光干涉形成全息图。这就是离轴全息术，这是全息术发展的第二阶段。第二代全息术解决了光源的问题，并且在立体成像、干涉计量检测、信息存贮等应用领域中获得巨大进展。到1964年后期，全息术几乎成了光学研究中最活跃的领域。在此期间，各种不同的全息方法相继提出，如各种彩色全息术、虹全息以及白光再现合成全息等。
第三章数字全息实验研究- 16 -
3.1数字全息光路分析- 16 -
3.2平面透明物体的数字全息实验- 17 -
3.2立体三维物体的数字全息实验- 19 -
3.3本章小结- 22 -
第四章总结与展望- 23 -
参考文献- 24 -
致- 25 -
摘要
数字全息是利用CCD、CMOS摄像机等数字光敏电子元件来代替普通光学全息中的银盐干板记录全息图，用计算机模拟光学全息再现过程将物体准确的再现出来。这是一种将全息术、计算机技术和光电成像技术结合起来实现光学全息图的记录与再现的新型成像技术。
1.2数字全息技术的概述
1967年，J.W.Goodman和wrence将全息术、计算机技术和光电成像技术结合起来实现光学全息图的记录与再现，这就是数字全息技术的思想[2]。由于受到数字全息技术对于计算机性能和电子成像记录设备精度的制约，此后相当长时间，数字全息技术没有太大进展。直到二十世纪九十年代中期，随着计算机技术的飞速发展和电荷耦合器（charge coupled device, 简称CCD）等高质量数字光敏元件的出现，数字全息才有一些突破。1994年，U. Schnars和W.Juptner利用CCD直接记录并用计算机数字再现菲涅耳全息图。
摘要- 1 -
Abstract- 2 -
第一章绪论- 3 -
1.1光学全息概述- 3 -
1.2数字全息技术的概述- 3 -
1.3数字全息技术的应用以及发展状况- 4 -
第二章全息技术的基本理论- 6 -
2.1光学全息的原理- 6 -
2.1.1全息记录- 6 -
2.1.2再现- 7 -
2.2同轴全息与离离轴全息- 9 -
This paper starts with the theory of optical holography. It illustrates the basic principles of optical holography and digital holography.Makingexperiments about two-dimensional transparent objects and there-dimensional objects.
其实，数字全息与光学全息不一样的地方，就是数字全息利用如CCD、CMOS摄像机等数字光敏电子元件来代替普通光学全息中的银盐干板来记录全息图，用计算机模拟光学全息再现过程使物体准确的再现出来。另外，数字全息分为记录和再现。物光波和参考光波互相干涉形成干涉条纹，用CCD采集干涉条纹，经模数转换后得到全息图的数字矩阵形式，即数字全息图，并存储在计算机。接着，利用傅里叶变换或者菲涅耳衍射公式的变换，对数字全息图进行数值再现，即用计算机模拟光学全息图的再现过程，获得光场的复振幅分布，在计算机屏幕上显示出强度分布和相位分布，从而得到物体的再现像。由于数字全息图的记录过程中会产生图像畸变，为了得到更好的再现结果，一般情况下，在对数字全息图进行计算机再现之前会对图像的畸变进行补偿消除，如图像几何变形、光电探测器转换的非线性、随机噪声，包括调整全息图条纹的对比度。
2.2.1同轴全息- 10 -
2.2.2离全息轴- 11 -
2.3数字全息的原理- 12 -
2.3.2数字全息的记录- 12 -
2.3.3数字全息的再现- 14 -
2.4菲涅耳衍射重现的算法- 14 -
2.4.1菲涅耳衍射理论- 14 -
2.4.2菲涅耳全息图的数值重现算法- 15 -
2.5本章小结- 15 -
本论文从光学全息的原理出发，介绍了光学全息与数字全息的基本理论，并对二维透明物体与三维立体物体进行了数字全息实验。
关键词：信息光学；光学全息；数字全息
Abstract
Digital photosensitive electronic element is used in digital holography, such as CCD and CMOS camera. It records holograms in these instruments instead of silver holographic plate in traditional optical holography. The object is reconstructed exactly by the computer, which is used to simulate the reconstruction process of optical hologram.