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38120字硕士毕业论文经典数字全息概念的计算机模拟及实像加密研究

论文类型:硕士毕业论文
论文字数:38120字
论点:全息,光波,物体
论文概述:

计算全息图的制作过程决定了它功能灵活,实际应用范围广,不需要有真实的物体存在,只要能给出一个表征物体信息的、计算机可处理的数字描述即可作为被记录的物体。

论文正文:

第一章是关于情绪

1.1全息概念
我们可以看到现实世界中的各种物体,因为携带物体信息的光波(包括自然光或物体漫反射)在空中传播到我们的眼睛中,并使物体的图像出现在视网膜上。物体的特征信息由物体发射的光波携带。波长代表物体的颜色,振幅代表物体的亮度和暗度,相位代表物体的形状。平时拍摄的照片只记录物体的强度分布,不记录物体的相位信息,导致普通摄影不记录物体的深度信息。因此,在现实生活中,电视机和普通照片所传达的二维图像并不能很好地反映客观而丰富多彩的三维世界。因此,人们开始寻求更好的拍摄技术。全息术[1]使用光波干涉的方法来记录物体光波,即物体被相干光照射时衍射的光波。添加参考光波以干扰物体的衍射光波。如果两个光波的相干性非常高,物体光波和参考光波的相对相位不会随时间而改变。干涉发生后,用记录材料记录将获得与强度分布相关的干涉图样。全息图是这种图案的感光记录。全息图包含能够再现物体衍射波的振幅和相位的相关信息。当参考光波用于照射全息图时,物体衍射波的波前将被再现。全息术是独一无二的,因为它能以一种容易复制的方式存储物体的相对相位信息。然而,照相机仅将空之间的分布聚焦到负片上图像的强度分布,显影后胶片上该强度的感光乳剂的银含量可用于表征该强度,该强度是光波所有相位的平均量,因此,不记录物体本身的相位信息。全息术是在记录前添加参考波,对包括振幅和相位的目标光波进行编码。全息术可以处理大范围的光波。只要相干强度足够,电子波、x光、光波、微波、声波和地震波都可以形成良好的干涉图样。参考光波被制成全息图。全息术[2-3]是英国科学家丹尼斯·贾布尔提出的波前重建理论,致力于进一步提高电子显微镜的像素处理能力。全息照相术还在重建物体的光波前显示原始物体。全息术这个词可以看作是两个希腊字符的组合:“全息术”意味着“全部”,而“石墨烯”意味着“肖像”。全息摄影被翻译成完整的肖像(所有记录)。加布还因发明全息术获得了1971年诺贝尔物理学奖。当时,由于实验条件的限制,没有用电子波来验证其原理。后来,在可见光区实现并制作了第一个可见光全息图。从那时到20世纪50年代末,制作全息图的光源只能是汞灯,所有制作的全息图都是同轴全息图,导致全息图中的一阶衍射波不可分割。当时,他遇到了两个困难,一个是没有适合波前记录的高强度相干光源,另一个是实像和虚像在再现过程中不能分离。全息术在光学研究中基本上被列为古董,因为在电磁波和可见光范围内没有足够强的相干辐射源。然而,它确实为三维摄影奠定了基础,也就是传统全息摄影[4-6]。全息术的基本特征
1.2全息术的发展过程
全息术的发展过程
结论大致如下。全息概念提出的最初是同轴全息时代,即Gabe用汞灯作为光源再现波前,记录物光波和参考光波在同一轴上传播和干涉的同轴全息时代。由于使用汞灯作为记录光源时相干性差,同轴全息图再现的原始图像和共轭图像会重叠,严重影响再现效果。十多年后,激光在1960年的发明给全息术带来了希望,并为全息记录提供了适当强度的相干光源。莉莎和帕奇将通信理论中的载波频率概念应用于空领域,并发表了一系列关于离轴全息技术
2.1脉冲函数
狄拉克引入函数1930年,也称为准脉冲函数[45],标准脉冲。除了坐标原点的值,脉冲上的值为零。脉冲分析方法是一次只分析一个采样点,给出二维空之间的函数表示:脉冲函数可以用来分解其他函数,处理过程相当于卷积运算。脉冲响应是信号输入系统时相应的输出信号。在不同的情况下,脉冲响应的名称是不同的。例如,在滤波器系统中,脉冲响应被称为滤波器核心或卷积核心,这在信号处理过程中被称为点扩展函数。任何脉冲都可以被看作是振幅移动和增加的函数。限制普通函数序列后的一些近似等价于函数。下图给出了矩形脉冲和指数脉冲对函数的近似图像。从图中可以看出,相应函数值的宽度和幅度越来越小,图形和坐标轴所包围的面积总是1。傅立叶技术是数学分析技术家族的一员。傅立叶变换是以法国数学家和物理学家让·巴普蒂斯·约瑟夫·傅里叶的名字命名的。其贡献在于给出了傅立叶变换的数学公式,并对其实际应用进行了深入的探讨。离散傅里叶变换应用于数字信号处理。有实傅立叶变换和复傅立叶变换。它们的物理意义分别解释如下。实傅立叶变换将信号重写为正弦波。根据函数是否连续,实傅立叶变换分为非周期连续傅立叶变换、周期连续傅立叶变换、离散非周期傅立叶变换和离散周期傅立叶变换。的报告,其中全息重建图像产生三个在空之间彼此分离的衍射分量。一种衍射成分可以再现原始物光,这是离轴全息时代,在这个时代,激光记录和激光重建被用于全息术的发展。全息图本身是一种干涉图案,不同于普通摄影胶片。当用肉眼直接观看全息胶片时,它不会直接给出要拍摄的物体的任何图像。这是一部灰色电影。当激光用于重建时,由于原始色调信息的丢失,重建图像是灰色的。因此,科学家致力于彩色全息图的研究,将全息术的研究带入了彩色全息图的激光记录和白光再现时代。这是全息术发展的第三阶段。在一定条件下,全息图可以再现彩色的原始物体,如反射全息术、压花全息术、图像全息术、彩虹全息术,在一定条件下,全息图可以被赋予明亮的颜色。全息术的应用阶段是全息术发展的第四个阶段,即白光用作记录光源、白光用于再现的实用全息时代。以前,激光记录由于其高相干性,在记录过程中需要光学元件、记录光路和记录介质的高稳定性,而白光记录最终将全息术带出暗室。到目前为止,古德曼和劳伦斯在1967年已经将计算机技术和光电成像技术应用于全息光学的处理,这是全息发展的数字全息[时代。: (1)可以再现物体的三维图像。(2)全息摄影中的记录介质可以进行多次记录,可记录信息容量大。(3)实验装置所涉及的光学系统简单。(4)全息图再现的图像可以放大或缩小,光学全息术已在许多领域得到广泛应用。

[3]

第二章推导了所涉及的数学公式

[5]

第三章传统光学全息术的计算机模拟......22
3.1传统光学全息理论........22
3.2球面波和表面波的数学描述......25
3.3光波菲涅耳衍射理论……29
3.4菲涅耳数字全息术的重建算法......33
3.5本章概述了……42
第4章校正和加密图像失真......43
4.1摄像机的结构和工作原理........43
4.2摄像机成像系统中的坐标关系......44
4.3摄像机成像模型……49
4.4本文使用的摄像机畸变参数的计算方法......53
4.5校正和加密的实际拍摄失真图像........59
4.6本章概述……60

[7]

在阅读大量文献的基础上,学到了一些数字信号处理的知识,并对经典全息术的记录和再现理论进行了全面的分析,包括光学全息术、计算机全息术和数字全息术的特点和记录和再现方法。在分析了各部分的原理后,通过编写程序对无透镜菲涅耳衍射全息图的制作和再现进行了计算机模拟。为了使全息图的重建图像具有更高的质量,采用傅里叶变换和卷积重建算法来消除直接光透射,并分别达到比较效果。全息术的研究不仅可以再现三维物体,还可以根据全息图的特性来判断记录物体各部分的大小、形状和间距等物理层现象。全息术的应用已经扩展到许多领域,如变形测量、微小粒子的大小以及图像加密的应用。简要介绍了摄像系统。全息术的研究离不开图像处理。实际拍摄的物体经过计算机处理后进行加密和传输,这样相机就可以拍摄更宽范围的物体。当摄像机的记录角度增加时,图像会失真。为了使记录更逼真,更接近原始图像,需要校正失真。介绍了几种畸变和校正处理方法。本文提出了二项式插值方法和灰度校正算法的校正程序,使拍摄图像的失真在很大程度上类似于小角度记录的情况。自制网格图像用于失真校正和加密。本文有许多改进。例如,可以应用数字信号处理中的许多方法来提高重建图像的成像质量。可以对诸如频率滤波或拉普拉斯算子的方法进行编程以处理图像,从而给出更好的重建图像,并且可以将合成孔径数字全息技术应用于图像处理以提高重建图像的质量。图像加密也有许多算法,如离散余弦变换、离散小波变换、离散傅立叶变换等。来处理图像,并且自制的嵌入方案也可以用于增强水印加密的不可预测性等。图像校正方法的改进可以将图像失真处理过程编程到matlab中计算失真系数,然后对其余点进行径向校正,使得软件实现更加简单,校正和加密在同一过程中完成,降低了对系统软件的要求,制作和使用也相对方便。

参考
[1] R.J .科利尔C.B .伯克哈特。光学全息术。北京。机械工程出版社,1983。
[2]杨庆育,施仲晶。丹尼斯·加博尔和全息术的诞生。物理实验,2002,22(9):41-44。
[3]孙光英。现代全息术的回顾与展望。物理与工程,2002。12(4):34-42
[4]加博尔·达·新微观http://sblunwen.com/jsjcljs/原理[·杰]。自然,1948,161(4098): 777-778。
[5]利斯·英·恩,乌帕特涅克斯J .恢复波前和传播理论[J]。Josa,1962,52 (10): 1123-1128。[/比尔/] [6]于梅文。光学全息术和信息处理[。国防工业出版社。1996 .
[7]马丁。数字全息重建图像质量研究[。大连理工大学,2008年,
[8]古德曼,罗瑞妮,狄塔洛德曼,罗瑞妮。电子LYDETECTHOLOGAMSAPPL的不适应信息。PHYS. LETTE,1967,11(3):77-79。
[9]侯瑞宁。计算机全息三维显示的研究。重庆。重庆大学。2007.
[10]布朗·布·R,罗曼·阿·w .应用光学,1966,5(6): 967-969。