全息成像與集成成像原理

• • 全息成像
  • • 引言
    • 成像原理
    • 顯像過程
  • 集成成像
  • • 顯示原理
    • 攝像原理

全息成像

引言

????廣義上的全息投影技術并不單指通過某種特定方 法使物體成像的顯像技術（包括一些偽全息投影技 術），而是一類能記錄并再現物體真實三維影像的技術 的總稱，本篇論文就選取全息投影技術作為研究對象。 當前的全息投影技術主要發展出透射全息投影技術、360度全息投影以及空氣投影與交互技術三種，但還是 目前還存在一些問題可以改進，也是未來技術前進的 一個方向。

成像原理

首先，簡單描述一下全息照相的原理。以單色光 為例，其波動方程為：

不同單色光相疊加之后，其波動方程為：

其中ｒ為距離。
????由公式可知每一列單色光都有相位和振幅（對應 光強）兩個信息。而普通照相之記錄了光強的信息，相 位信息丟失了，從而普通照相不能體現三維效果。
????而全息照相則不一樣，能夠同時記錄相位和光強 信息。如圖，照相時，為保證物光與參考光的相干性， 會用分光鏡將同一激光發生器的光分為兩束。一束光 直接照射到底片上，作為參照光；一束光照射到物體上 反射出物光，底片上記錄的是物光與參考光的合成。

物光的公式為：

對應參考光的公式為：

由上式可知，相位信息也保存在了底片之上。底 片經過沖洗之后可以使用，成為全息照片。

顯像過程

????顯像過程，就是利用參考光對物光的完全重現。全息再現是以光的衍射理論為基礎的，再現原物體的光波還需要用與參考光波相同的光束照射全息圖，還原出原物體形狀而不需要任何的屏幕。

用ｋ表示透射率，底片的透射率和照相過程中受 照射的光強存在以下關系：

在底片完成后，使用照相時候的相干光源Ｒ照射 全息照片，則有 ：

????即第一級光完全還原了物光，包括相位和振幅在 內的所有信息。即如果在第一級光出射方向觀察，就 能看見一個三維立體的像。

集成成像

顯示原理

????集成成像顯示系統一般根據不同的硬件結構、 參數和軟件算法實現不同的三維成像效果。該技術 是一種利用微透鏡陣列來記錄和再現三維圖像的真 三維立體顯示技術 ，該技術包括記錄和再現兩個過 程。在早期 Lippmann 提出的集成攝像術中 ，記錄 過程和再現過程是利用針孔陣列和感光膠片對實際 場景中的三維物體進行拍攝和重構 [2]，如圖 1 所示。

攝像原理

????每一個針孔對應的膠片區域能夠記錄對應視點 傳播過來的光束 ，在膠片上形成一組大小相同等間 隔的二維微單元圖像陣列 ，從而記錄了物體在不同 角度的光源信息。微單元圖像的個數和排列方式與 針孔整列相同。再現過程是記錄過程的逆過程 ，其 針孔陣列的參數設置與記錄過程的針孔陣列相同。 設置一個自然光源來增加重構物體圖像的效果 ，光 源發射的光透過微單元透鏡陣列后 ，攜帶這對應視 角的物體視差信息 ，沿著對應視角的方向為該視點 的視角圖片提供信息 ，從而重構三維物體。
????但是集成攝像術存在幾點不足 ：第一點 ，由于 針孔陣列上的小孔透光率很低 ，記錄過程和再現過 程中的物體光源信息利用率不高、丟失嚴重 ，從而 導致重構圖像的亮度比較暗。第二點 ，傳統拍攝記 錄過程中 ，感光膠卷的使用、保存不方便 ，顯影過 程比較緩慢 ，并要求暗室等復雜條件 ，從而降低了 集成成像技術重構顯示的效率。

總結

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