傅里叶变换数字全息图的记录与再现及实时化研究.pdf

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1、第35卷第5期2013年10月光学仪器OPTICALINSTRUMENTSV01．35，No．5October，2013文章编号：1005—5630(2013)05—0032—04傅里叶变换数字全息图的记录与再现及实时化研究*刘惠萍，于佳，于丽，王金城(中国海洋大学物理系，山东青岛266100)摘要：为了有效的记录和再现物体的数字全息图，搭建了以液晶光阀(LCD)为透镜的傅里叶数字全息装置。根据全息理论，分析了傅里叶数字全息的记录、再现及实验原理，并进行了相应的数字图像处理，结果表明，傅里叶变换数字全息再现算法简单，缩

2、短了再现周期，可实现准实时化。并成功应用傅里叶变换全息来对字母和数字进行实时相干识别。关键词：全息；傅里叶变换；存储；再现中图分类号：TN26文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．1005—5630．2013．05．008RealtimestorageandreproductionofdigitalFouriertransformhologramsLJUHuiping，ⅢJia，阿Li，WANGJincheng(Department0fPhysics，OceanUniversityofChina。Qing

3、dao266100，China)Abstract：AFouriertransformlensusingliquidcrystaldisplay(LCD)issetuptostoreandreplaythehologramseffectively．Basedontheholographictheory，thestorageandreplayoftheFourierdigitaIhologramsaswellastheexperimentalprinciplesareanalyzed．Resultsshowthatther

4、eplayperiodiscutshortduetothesimplicityofthealgorithmandthereforecanbeactualizedinreal—time．Keywords：holographic；Fouriertransform；storage；replay引言傅里叶变换数字全息在全息存储、信息隐藏等方面具有独特优势，因为傅里叶全息记录的是物光波的频谱，而大多数的低频物体，其频谱非常集中，对于记录高质量数字全息图具有十分重要的意义口]。近年来随着高性能计算机技术，液晶光阀(1iquidcr

5、ystaldisplay，LCD)及高分辨电荷耦合器件(chargecoupleddevice，CCD)的发展为全息图的记录介质提供了新的替代产品。利用CCD把记录到的全息图输入到计算机进行后期的数字处理和再现，实现了物光场的实时再现，在此条件下其拍摄速度更快，质量更高，在满足相同的记录和再现条件下，傅里叶变换数字全息能够记录更大物体的全息图[2]。此外傅里叶变换数字全息比菲涅耳数字全息，其数值再现场的算法更加简单，大大缩短了再现时间，能够实现傅里叶变换数字全息的准实时化。1傅里叶变换数字全息图的记录在傅里叶变换数字全

6、息术中，全息图不再记录在全息干板上而是直接记录在CCD上，通过CCD将数’收稿日期：2013—03—26作者简介：刘惠萍(1970一)，女。福建南平人，工程师，硕士，主要从事激光全息方面的研究。第5期刘惠萍，等：傅里叶变换数字全息图的记录与再现及实时化研究·33·字传送到计算机内，再现过程由计算机直接完成，全息图再现不需要显影、定影等后期化学湿处理过程，数字全息的记录和再现模型如图1所示。图1中记录傅里叶变换数字全息的物体位于物平面，设物光为u(x，y)，与全息面相距为d，参考光为：r(x，，)一r06(0，Y+6)(

7、1)经过傅里叶透镜后的物光波的频谱为：UH(zH，YH)一F{u(x，y))(2)其中等式右边表示傅里叶变换。iH(zH，YH)是物光和参考光在zHyH面上的干涉强度分布，CCD位于该平面上，则CCD所接收的强度分布为：图1数字全息的记录和再现模型Fig．1ModelofrecordingandreplayingthedigitalhologramsiH(zH，YH)一圬+luH2+roUHexp[一j2．byH]+roU’expl-j2nbyH](3)对CCD所接收到的强度分布做一次逆傅里叶变换，就可直接得到再现像的

8、复振幅分布：r节“：(z7，y7)=F-1{iH(zH，YH))一Iiu(zH，yH)exp[j2n(xux7+y删7)3dxHdyH=d6(x7，yt)+u(x7，y1)Ou(x7，yt)+rou(x7，Y7—6)+YOU+(一z7，一Y7—6)(4)其中第一项是艿函数，第二项是物分布的自相关函数，第三项是原始像的复振幅，第四项