[发明专利]一种降低N-LUT法计算全息再现像相干噪声的方法

说明书

本发明属于计算全息领域，具体涉及一种降低N‑LUT法计算全息再现像相干噪声的方法，其特征在于：三维物体被分割为与全息面平行的一系列二维图像平面，位于二维图像平面中心位置的物点被赋予n个不同的初相位，分别与参考光相干叠加，生成n个PFPs。对于三维空间中的某物点，从其所在的二维图像平面对应的n个PFPs中随机选择一个PFP作为该物点的母PFP，然后从母PFP中截取相应的部分即为该物点的全息图。各物点的全息图是从随机选择的PFP中获取，本发明提供的方法能够降低同一物面用相同PFP获取全息图所引起的相干噪声，显著提高再现像质量，同时保持N‑LUT法较快的计算速度。

技术领域

本发明属于计算全息领域，具体涉及一种降低N-LUT法计算全息再现像相干噪声的方法。

背景技术

1947年匈牙利出生的英国物理学家D.Gabor提出了全息术的设想。全息意为完全的信息，不仅包括光的振幅信息，还包括相位信息。振幅代表物体的亮度，相位体现物体的深度，全息图同时记录了物光波的振幅和相位信息，因此可以实现物体的三维显示。全息术包含波前记录和波前再现两个过程。波前记录是物光波和参考光波在全息记录介质上发生干涉，物光波前以干涉条纹的形式记录在全息介质上而生成全息图；参考光照射全息图时，物光波前由于光的衍射而再现，即波前再现。波前记录和波前再现可以用光学的方法实现，也可以在计算机上模拟，前者是光学全息，后者为计算全息。光学全息要求物光波和参考光波具有较强的相干性，波前记录对系统的稳定性要求高，全息记录材料的处理工艺复杂；而计算全息可以用计算机准确模拟物光波和参考波的干涉和衍射过程，用计算机就可以实现波前记录和再现，可以通过绘图仪或专用的计算全息缩微系统输出可进行光学再现的全息图，也可以输出到空间光调制器上直接实时显示。因此计算全息具有极大的灵活性。

计算全息虽然能够综合应用计算机技术和全息技术，可以得到良好的三维显示效果，但是全息图的空间带宽积很大，这给计算机的计算速度、储存容量等带来了巨大的压力，制约着计算全息图的实时计算传输和显示。点源法是经典的计算全息算法，应用点源法计算三维物体全息图时计算速度慢这一问题就异常突出。点源法计算全息算法(Ray-tracing)完全模拟光学全息的物理过程，把三维物体看作空间上的点光源集合，赋予点光源随机的初相位，每个点光源分别与参考光在全息面相干生成PFP，把所有的PFP叠加起来即可生成三维物体的全息图。点源法计算全息能够提供物体完整的三维信息，但是逐个物点计算全息图带来了巨大的运算量，使其计算速度极低。针对这一问题，Mark Lucent等人提出了著名的查表法 (Look-up Table，LUT)(M.Lucente，Interactive computation ofholograms using a look-up table， J. Electronic Imaging2(1)，28-35(1993))，将三维物空间各物点的全息图，即PFP事先计算并存储起来，当计算一个三维物体的全息图时，只需从存储的数据中获取三维物体各物点相应的PFP，然后线性叠加即可得到三维物体的全息图。LUT法避免了复杂的直接运算，但是存储三维空间点集的全息图数据需要占据极大量的存储空间。韩国光云大学的Kim提出了新查表法(Novel Look-up Table，N-LUT)(S.C.Kim et.a1.，Effective generation of digital holograms of three-dimensional objects using a novel look-up table method，Appl.Opt.47(19)， D55-D62(2008))，将三维物体分割为一系列与全息面平行的二维图像平面，计算并存储每一个图像平面中心位置的物点(一般设物点的初相位为0)的PFP，同一图像平面上其他各物点的全息图可以通过平移该PFP获得，该算法需要存储的PFP的数量与分割成的二维图像平面的数量相等，相比传统的LUT法，N-LUT法的计算量和存储空间都显著减小。但同一个二维图像平面上各物点的全息图均来在同一个PFP，即这些物点的初相位均相等，这就是所谓的镜面全息。因此得到的全息图具有较强的相干性，全息图再现时会出现严重的相干噪声，成像质量较差。