基于層析法的三維物體計算全息算法研究

發(fā)布時間：2020-07-09 20:47

【摘要】：計算全息在光學及相關領域展現(xiàn)出的獨特的優(yōu)越性,使得真立體三維顯示成為可能。但由于實際三維場景數(shù)據(jù)量大,視場角廣,顏色信息復雜,導致計算全息三維算法仍存在一些難題。本文對三維物體進行計算全息算法研究,實現(xiàn)真彩色三維物體全息圖的快速生成和高質量再現(xiàn)。首先,論文研究了計算全息基本原理。利用三維掃描儀獲取真實人物的三維人像數(shù)據(jù),通過MATLAB采用點源法生成三維物體的全息圖,并進行數(shù)值再現(xiàn)。然后,利用MATLAB調用GPU計算三維人像的全息圖,研究發(fā)現(xiàn)調用GPU后全息圖的計算速度提高約6.6倍左右。其次,研究了基于三維物體強度圖和深度圖生成菲涅爾全息圖的層析法基本原理,研究了菲涅爾衍射的S-FFT算法、T-FFT算法、D-FFT算法在三維物體層析法衍射過程中的計算,比較各算法的再現(xiàn)像質量和全息圖計算時間發(fā)現(xiàn),D-FFT算法在全息圖計算速度、成像質量以及算法復雜度上都占據(jù)明顯優(yōu)勢。最后,深入研究了基于平面波角譜的層析法和GS算法。利用分層角譜算法進行真彩色三維物體的全息圖的計算及數(shù)值再現(xiàn),針對全息圖數(shù)值再現(xiàn)像的散斑噪聲問題引入GS算法,提出基于分層角譜的GS算法。在相同條件下,分別采用本文提出的算法和傳統(tǒng)分層角譜算法計算同一真彩色三維物體,并計算兩種算法數(shù)值再現(xiàn)像的均方根誤差和峰值信噪比。研究發(fā)現(xiàn)本文提出的算法成功地抑制了散斑噪聲,顯著提高全息圖的數(shù)值再現(xiàn)像質量。
【學位授予單位】：昆明理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：O438.1
【圖文】：

示意圖,衍射屏,觀察屏,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 ，表示為2 2 0 0 0 j ( y ) ( , ) exp 2 k x U x y d áé ù ìé + × í ê ú ê %換。所以稱這種算法為菲涅爾衍orm algorithm）。長、衍射面的大小、以及衍射距到，如圖 2.3.2 所示[61]。

紅色區(qū)域,原物,物體,圖像

工大學碩士學位論文衍射積分的 D-FFT（Double fast Fourier transform）算法。由于 D-F知道傳遞函數(shù)的解析表達式，只需將 x 和 y 方向的頻率值 u 和 v 帶入解求得傳遞函數(shù)的數(shù)值，所以要求參數(shù) u 和 v 必須正確計算。4 菲涅爾衍射三種算法的研究和比較為研究菲涅爾積分的 S-FFT、D-FFT、T-FFT 三種算法的再現(xiàn)像質量，本論文進行了仿真實驗。實驗條件為：處理器 Intel Core i5 3.30GB，軟件 Matlab2014a；目標圖像為分辨率板，像素為 512*512，如圖，圖 2.4(b)為圖 2.4(a)中紅色區(qū)域放大的結果。

算法,紅色區(qū)域,再現(xiàn)像,分辨率