[发明专利]一种相息图合成优化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种相息图合成方法，特别是涉及一种基于精英保留遗传算法的相息图合成优化方法。

背景技术

相息图：一类只能由计算机产生的波前再现元件。与其他种类计算机制全息图不同的是，相息图是假设在整个记录平面内光振幅为常数的条件下，仅记录波前相位信息的元件。相息图的最大优点是其衍射效率特别高，在理想情况下，相息图可把全部入射光用来重建物光波，故衍射效率可达到100％。其次，照明相息图只得到单一的衍射级，再现单一的图像，没有共轭像或杂散图像叠加其上。最后，因为相息图没有引入参考光，不必考虑分离再现像的问题。

遗传算法：一类借鉴生物界的进化规律演化而来的随机化搜索方法，包括初始化、选择、交叉、变异等环节。其主要特点是直接对结构对象进行操作，不存在求导和函数连续性的限定；具有内在的隐并行性和良好的全局寻优能力；采用概率化的寻优方法，能自动获取和指导优化的搜索空间，自适应地调整搜索方向，不需要确定的规则。遗传算法的这些性质，已被人们广泛地应用于组合优化、机器学习、信号处理、自适应控制和人工生命等领域。

相息图是一种只能由计算机产生的计算全息图。相息图与一般全息图的不同主要表现为以下两方面：(一)以往的全息技术是依靠胶片的透过率变化来记录光的信息，而相息图却只将光波的相位信息以浮雕形式记录在胶片上。(二)以往的全息再现理论都是建立在光的衍射理论基础上，而相息图却依靠菲涅尔透镜那样，只是通过改变光学厚度去变化照射光波的相位分布，从而再现出原始物光波，因此相息图可以看成是一块由计算机制作的复杂透镜。

相息图的再现过程如图1所示。K(μ，v)代表相息图，其再现图像为U(x，y)，尺寸都为N×N个像素。在再现时，相息图被放置在前焦平面上，用平行光照射其上，通过相息图的光波的表达式为K(μ，v)＝exp[iθ(μ，v)]，其中θ(μ，v)为相息图的相位分布。在大多数应用场景中，相位分布θ(μ，v)需要被量化：θ(μ，v)＝2π(n-1)/L，n＝1，2，...，L。在后焦平面上可得到相息图的再现图像，U(x，y)可以由下式计算得到：

U(x,y)=1N2Σμ=1NΣv=1NK(μ,v)exp[2πiμx+vyN]---(1)]]>