全息技术原理

2022年6月6日光学147阅读模式

全息技术是利用干涉和衍射原理来记录并再现物体真实的三维图像的技术。所谓的“全息”即“全部信息”,是指用投影的方法记录并且再现被拍物体发出的光的全部信息。全息影像技术一般也被称作虚拟成像技术或是全息成像,其成像原理就是凭借光波干涉对物体光波的相位与振幅进行记录,与此同时,凭借衍射原理对物体的光波信息进行展现,从而达到成像的效果。

全息技术原理

全息技术原理

由于人类的双眼是横向观察物体的,且观察角度略有差异,图像经视并排,两眼之间有 6 厘米左右的间隔,神经中枢的融合反射及视觉心理反应便产生了三维立体感。根据这个原理,可以将 3D 显示技术分为两种:一种是利用人眼的视差特性产生立体感;另一种则是在空间显示真实的 3D 立体影像,如基于全息影像技术的立体成像。

全息摄影采用激光作为照明光源,并将光源发出的光分为两束,一束直接射向感光片,另一束经被摄物的反射后再射向感光片。两束光在感光片上叠加产生干涉,感光底片上各点的感光程度不仅随强度也随两束光的位相关系而不同。所以全息摄影不仅记录了物体上的反光强度,也记录了位相信息。

全息摄影

全息摄影是指一种记录被摄物体反射波的振幅和位相等全部信息的新型摄影技术。普通摄影是记录物体面上的强光分布,它不能记录物体反射光的位相信息,因而失去了立体感。全息摄影采用激光作为照明光源,并将光源发出的光分为两束,一束直接射向感光片,另一束经被摄物的反射后再射向感光片。

全息摄影

首先通过 CCD 等器件接收参考光和物光的干涉条纹场,由图像采集卡将其传入电脑记录数字全息图;然后利用菲涅尔衍射原理在电脑中模拟光学衍射过程,实现全息图的数字再现;最后利用数字图像基本原理再现的全息图进行进一步处理,去除数字干扰,得到清晰的全息图像。其第一步是利用干涉原理记录物体光波信息,此即拍摄过程:

被摄物体在激光辐照下形成漫射式的物光束;另一部分激光作为参考光束射到全息底片上,和物光束叠加产生干涉,把物体光波上各点的位相和振幅转换成在空间上变化的强度,从而利用干涉条纹间的反差和间隔将物体光波的全部信息记录下来。记录着干涉条纹的底片经过显影、定影等处理程序后,便成为一张全息图,或称全息照片。

其第二步是利用衍射原理再现物体光波信息,这是成象过程:全息图犹如一个复杂的光栅,在相干激光照射下,一张线性记录的正弦型全息图的衍射光波一般可给出两个象,即原始象(又称初始象)和共轭象。再现的图像立体感强,具有真实的视觉效应。全息图的每一部分都记录了物体上各点的光信息,故原则上它的每一部分都能再现原物的整个图像,通过多次曝光还可以在同一张底片上记录多个不同的图像,而且能互不干扰地分别显示出来。

全息技术主要特点

全息技术是计算机技术、全息技术和电子成像技术结合的产物,一般是利用相干性较好的激光完成的。利用相干光干涉,记录光波的振幅信息和相位信息,因此可以得到物体包含形状、大小等的全部信息。它通过电子元件记录全息图,省略了图像的后期化学处理,节省了大量时间,实现了对图像的实时处理。

全息技术主要特点
全息投影技术

全息投影技术(front-projected holographic display)属于3D技术的一种,原指利用干涉原理记录并再现物体真实的三维图像的技术。而后随着科幻电影与商业宣传的引导,全息投影的概念逐渐延伸到舞台表演、展览展示等商用活动中。

全息投影技术

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