基于层析法的三维物体计算全息算法研究

发布时间：2020-07-09 20:47

【摘要】：计算全息在光学及相关领域展现出的独特的优越性,使得真立体三维显示成为可能。但由于实际三维场景数据量大,视场角广,颜色信息复杂,导致计算全息三维算法仍存在一些难题。本文对三维物体进行计算全息算法研究,实现真彩色三维物体全息图的快速生成和高质量再现。首先,论文研究了计算全息基本原理。利用三维扫描仪获取真实人物的三维人像数据,通过MATLAB采用点源法生成三维物体的全息图,并进行数值再现。然后,利用MATLAB调用GPU计算三维人像的全息图,研究发现调用GPU后全息图的计算速度提高约6.6倍左右。其次,研究了基于三维物体强度图和深度图生成菲涅尔全息图的层析法基本原理,研究了菲涅尔衍射的S-FFT算法、T-FFT算法、D-FFT算法在三维物体层析法衍射过程中的计算,比较各算法的再现像质量和全息图计算时间发现,D-FFT算法在全息图计算速度、成像质量以及算法复杂度上都占据明显优势。最后,深入研究了基于平面波角谱的层析法和GS算法。利用分层角谱算法进行真彩色三维物体的全息图的计算及数值再现,针对全息图数值再现像的散斑噪声问题引入GS算法,提出基于分层角谱的GS算法。在相同条件下,分别采用本文提出的算法和传统分层角谱算法计算同一真彩色三维物体,并计算两种算法数值再现像的均方根误差和峰值信噪比。研究发现本文提出的算法成功地抑制了散斑噪声,显著提高全息图的数值再现像质量。
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O438.1
【图文】：

示意图,衍射屏,观察屏,尺寸

2 20 0 0 jp ( ) exp j2π( 2k x x y x d d l é ù é + - ê ú ê 以看做是2 0 0 0 0 j( , ) exp ( 2kU x y x dé +ê %2)yù+ú ，表示为2 2 0 0 0 j ( y ) ( , ) exp 2 k x U x y d áé ù ìé + × í ê ú ê %换。所以称这种算法为菲涅尔衍orm algorithm）。长、衍射面的大小、以及衍射距到，如图 2.3.2 所示[61]。

红色区域,原物,物体,图像

工大学硕士学位论文衍射积分的 D-FFT（Double fast Fourier transform）算法。由于 D-F知道传递函数的解析表达式，只需将 x 和 y 方向的频率值 u 和 v 带入解求得传递函数的数值，所以要求参数 u 和 v 必须正确计算。4 菲涅尔衍射三种算法的研究和比较为研究菲涅尔积分的 S-FFT、D-FFT、T-FFT 三种算法的再现像质量，本论文进行了仿真实验。实验条件为：处理器 Intel Core i5 3.30GB，软件 Matlab2014a；目标图像为分辨率板，像素为 512*512，如图，图 2.4(b)为图 2.4(a)中红色区域放大的结果。

算法,红色区域,再现像,分辨率

(a) (b) (c)图 2.5 重建结果. (a) S-FFT 算法；(b) T-FFT 算法；(c) D-FFT 算法为更明显的观察出三种算法的再现像的分辨率，将图2.5中的红色区域放大，其放大结果如图 2.6(a) - (c)所示。

【参考文献】