二值化相位全息图的设计研究

作     者：沈亚明 

作者单位：东南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：吕昌贵

授予年度：2017年

学科分类：070207[理学-光学] 07[理学] 08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 0803[工学-光学工程] 0702[理学-物理学] 

主      题：傅里叶变换 频谱 二值化 相位全息图 

摘      要：全息三维显示技术相比于二维显示技术来说,能提供满足人眼生理观察需求的所有三维场景的深度信息。光学全息只能记录和再现真实存在的物体,计算全息图可方便灵活的实现真实和虚拟的三维场景的动态三维显示。计算机制相位全息图可获得任意期望的光强分布,相比于振幅全息,具有极高的衍射效率。目前全息三维显示技术主要通过空间光调制器或者光致折变材料来实现实时的三维显示。但空间光折变器普遍存在分辨率不足的缺点,光致折变材料的刷新速度达不到视频显示的要求。VO2薄膜材料具有相变时间短,折射率变化大的特点,所以可以设计二值化的相位全息图来调制VO2薄膜材料作为新的全息三维显示的光致折变材料。相位全息图的相位值分布在0-2π之间,相位二值化即将其所有相位值二值化为0和π,会造成大量的信息损失。图像的频谱分布会影响相位全息图二值化损失的信息量。频谱动态范围越大,二值化损失的信息量越大,频谱越平滑,损失的信息量越少。本文针对图像傅里叶频谱高频区频谱较平滑,低频区频谱动态范围过大的特点,结合直接二元搜索法,将高频区和低频区分别再现,得到的再现图像强度相加合成为原始图的再现像。从模拟仿真验证了这种二值化方法的可行性,并与傅里叶变换算法,G-S方法,逐步迭代法和直接二元搜索法进行了比较,仿真结果表明从图像频谱角度去优化设计二值化相位全息图,有助于提高二值化相位全息图再现像的质量。