激光全息三維圖像中的濾光片應(yīng)用

激光全息三維圖像的研究已經(jīng)進(jìn)行了四十多年，在工業(yè)、經(jīng)濟(jì)、生活等多個(gè)領(lǐng)域展現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用前景。傳統(tǒng)的全息攝影技術(shù)雖然具有其獨(dú)特之處，但本質(zhì)上是一種模擬的非實(shí)時(shí)性的繁瑣的純光學(xué)技術(shù)。近年來(lái)，隨著數(shù)字信息處理技術(shù)及其相關(guān)器件設(shè)備（如計(jì)算機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)、CCD器件、新型液晶顯示屏、空間光調(diào)制器、因特網(wǎng)等）和自動(dòng)化控制技術(shù)的快速發(fā)展，全息攝影技術(shù)迎來(lái)了新的發(fā)展機(jī)遇。

在這一進(jìn)程中，濾光片作為關(guān)鍵的光學(xué)元件，在全息技術(shù)的應(yīng)用中發(fā)揮著不可或缺的作用。濾光片能夠選擇性地讓特定波長(zhǎng)的光線通過，濾除其他不需要的光線，從而確保全息圖像的清晰度和準(zhǔn)確度。無(wú)論是在全息圖的記錄過程中，還是在全息圖像的再現(xiàn)過程中，濾光片都發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。

在全息三維顯示方面，濾光片的應(yīng)用使得圖像的色彩更加鮮艷逼真，提高了圖像的視覺效果。同時(shí)，濾光片還有助于擴(kuò)大全息圖的視場(chǎng)和景深，使得觀察者可以從多個(gè)角度和深度看到不同的側(cè)面和細(xì)節(jié)，增強(qiáng)了三維顯示的真實(shí)感和立體感。

　　一、什么是全息三維?

　　全息三維顯示包括文物，人像，標(biāo)本，模型，圖象的三維逼真空間顯示，在這方面?zhèn)鹘y(tǒng)全息圖(彩虹，反射，模壓，銀鹽，明膠，光刻膠等全息圖)已有不少的應(yīng)用，但由于傳統(tǒng)全息圖的缺點(diǎn)(面積小，視場(chǎng)小景深不夠大，顏色不逼真，拍攝處理過程繁瑣。不易進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，模擬成像的局限性，等等。)妨礙了三維顯示全息技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和市場(chǎng)化。

　　二、ZEBRA全息圖的原理與優(yōu)勢(shì)

　　1999年美國(guó)ZEBRA IMAGING公司推出了、真彩色數(shù)字化大面積大視場(chǎng)大景深光聚合物反射全息圖，推動(dòng)了三維顯示全息圖的進(jìn)一步發(fā)展和市場(chǎng)化。ZEBRA全息圖將全息技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合起來(lái)，形成新的數(shù)字化自動(dòng)化象素全息圖技術(shù)，全息圖顏色鮮艷逼真不變，水平和垂直動(dòng)態(tài)視場(chǎng)分別可達(dá)100度，全息圖面積可以任意大，使全息三維顯示技術(shù)在空間顯示，廣告宣傳，文物，人像，標(biāo)本，模型，實(shí)物圖象，抽象圖象，工業(yè)數(shù)據(jù)，工業(yè)設(shè)計(jì)等等方面的三維逼真空間顯示前進(jìn)了一大步，顯示了全息圖應(yīng)用光輝燦爛的前景。

在ZEBRA全息圖技術(shù)的推廣中，濾光片的應(yīng)用也起到了關(guān)鍵作用。ZEBRA全息圖將全息技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合起來(lái)，形成了新的數(shù)字化自動(dòng)化像素全息圖技術(shù)。濾光片的應(yīng)用使得全息圖的顏色更加鮮艷逼真，同時(shí)擴(kuò)大了全息圖的面積和視場(chǎng)，推動(dòng)了三維顯示全息圖的進(jìn)一步發(fā)展和市場(chǎng)化。

　　日常生活和工作中常見的圖像多半是一維或二維的，例如照片、畫片、熒光屏、液晶顯示屏、大屏幕上呈現(xiàn)出來(lái)的圖像文字或信號(hào)等等。本文中所研究的圖像是指呈現(xiàn)在空間的三維圖像，在普通室內(nèi)漫射光照射下并不呈現(xiàn)明顯圖像，但用定向白光照明(多媒體投影機(jī)燈泡發(fā)出的白光)后可在空間再現(xiàn)出三維圖像，可看到不同側(cè)面和不同深度，猶如原物一樣。

　　實(shí)際上是由全息圖版再現(xiàn)出來(lái)的一束光波所形成，虛像由發(fā)散的光束形成，實(shí)像是由聚焦在圖版前方空間的光束形成，這圖像光束是原來(lái)散射出來(lái)的光束逼真再現(xiàn)，給觀察者帶來(lái)了強(qiáng)烈的立體感和真實(shí)感。激光全息攝影技術(shù)所以能有這樣的效果，實(shí)際上是應(yīng)用了現(xiàn)代光信息技術(shù)。

　　三、三維全息

　　近年來(lái)，全息記錄介質(zhì)研究的一個(gè)突破性進(jìn)展是已經(jīng)研制成了商用光聚合物記錄介質(zhì)，其化學(xué)處理(顯影、定影)可以被紫外線曝光和加熱代替，實(shí)現(xiàn)了制作全息圖的實(shí)時(shí)化。三維圖像數(shù)字化采集的另一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)是可以無(wú)須事先找出對(duì)應(yīng)的實(shí)物來(lái)進(jìn)行拍攝，而應(yīng)用計(jì)算機(jī)本身生成一系列的圖像輸入空間光調(diào)制器拍成三維全息圖。

此外，在三維全息圖像數(shù)字化采集過程中，濾光片也發(fā)揮著重要作用。它能夠幫助提取出圖像中的關(guān)鍵信息，提高圖像的質(zhì)量和分辨率。同時(shí)，濾光片還可以與空間光調(diào)制器、數(shù)碼相機(jī)等設(shè)備配合使用，實(shí)現(xiàn)全息圖像的實(shí)時(shí)處理和傳輸，為全息技術(shù)的應(yīng)用提供了更加便捷和高效的解決方案。

　　所謂3D Data visualization (三維數(shù)字信息可視化)在飛機(jī)上，測(cè)出地面地形高度數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)，應(yīng)用全息攝影技術(shù)制成全息圖，漫射光照明時(shí)無(wú)圖像，定向白光點(diǎn)光源照明時(shí)，出現(xiàn)三維地形圖。將所測(cè)得的石油勘探的海量數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)研制成三維全息圖，一目了然地表明地下層石油分布。

　　四、全息三維圖像數(shù)字化采集與傳統(tǒng)的全息攝影技術(shù)大對(duì)比

　　1.由于采用像素(條形區(qū)域或方形小區(qū)域)記錄信息，像素的數(shù)目是沒有限制的，美國(guó)斑馬全息公司采用過的全息記錄版的基本尺寸是2×2英尺，方形小像素大習(xí)小是2×2毫米，這塊基本全息記錄版上可以有幾萬(wàn)個(gè)像素，每個(gè)像素之上記錄了一束圖像信息，許多塊基本大小記錄版可以拼接成為更大他全息圖版，沒有限制。

　　2.采用了空間光調(diào)制器進(jìn)行拍攝以及自動(dòng)化控制和實(shí)時(shí)處理，免除了煩瑣復(fù)雜處理步驟，以及使用昂貴的大功率激光器等。

　　3.由數(shù)碼相機(jī)拍攝而輸入計(jì)算機(jī)的一系列圖像是數(shù)字化圖像，這些三維數(shù)據(jù)便可以從因特網(wǎng)上傳輸，由于三維全息圖象的數(shù)據(jù)可以達(dá)到海量，需要進(jìn)一步研究有關(guān)的圖像壓縮、傳輸和寬帶光纖傳輸網(wǎng)等等技術(shù)。

　　五、 圖像的全息顯示

　　眾所周知，人們對(duì)物體的三維立體視覺是由雙眼視差產(chǎn)生的，一切能使人眼產(chǎn)生雙眼視差的光學(xué)裝置或結(jié)構(gòu)就能產(chǎn)生三維立體視覺。自出現(xiàn)三維立體顯示技術(shù)以來(lái)，三維立體顯示方法和技術(shù)已越來(lái)越豐富多彩，現(xiàn)在常見的立體顯示光學(xué)裝置有紅綠眼鏡、正交偏振片眼鏡、利用全反射原理的柱面光柵、專用光學(xué)立體圖像觀察裝置以及最近出現(xiàn)的層析復(fù)合圖像立體顯示器等等。其他實(shí)現(xiàn)立體顯示的技術(shù)還有由快速電子快門實(shí)現(xiàn)左右眼圖像分離的屏幕立體顯示、人眼光軸調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)雙眼視差的計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)立體圖片等等。在諸多的三維顯示技術(shù)中，全息技術(shù)的立體顯示更顯特別，它在全息記錄材料上記錄的是物光波的振幅和位相信息，全息圖再現(xiàn)的是物光波，不是一對(duì)或幾對(duì)立體圖像。此外，用全息方法也可實(shí)現(xiàn)體視三維圖像顯示，它的特點(diǎn)是觀察時(shí)無(wú)須其他光學(xué)器件輔助。

在圖像的全息顯示方面，濾光片同樣發(fā)揮著重要作用。通過濾光片的選擇性濾波作用，可以使得全息圖像的色彩更加準(zhǔn)確、逼真，提高了圖像的視覺效果。同時(shí)，濾光片還有助于消除圖像中的雜散光和噪聲，提高了圖像的清晰度和對(duì)比度。

全息圖像顯示最直接的方式是激光再現(xiàn)全息。隨著全息技術(shù)的不斷成熟和發(fā)展，全息技術(shù)正逐漸從實(shí)驗(yàn)室走向市場(chǎng)。市場(chǎng)上已見到越來(lái)越多的全息防偽標(biāo)貼、全息賀卡、全息包裝材料、全息藝術(shù)圖片等等。可以認(rèn)為，全息顯示技術(shù)是一項(xiàng)非常有前途的三維立體顯示技術(shù)。隨著材料科學(xué)的進(jìn)步和光電器件的發(fā)展，它已顯示出強(qiáng)大的生命力。在不久的將來(lái)，大幅全息圖片廣告，全息藝術(shù)人像照片，甚至全息電影、全息電視、全息激光打印機(jī)、全息立體顯示屏幕、全息顯微顯示等全息三維顯示技術(shù)會(huì)越來(lái)越多地走進(jìn)我們的日常生活。

濾光片作為全息技術(shù)中的重要元件，在全息圖像的記錄、再現(xiàn)和顯示過程中都發(fā)揮著關(guān)鍵作用。隨著全息技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，濾光片的應(yīng)用也將更加廣泛和深入，為全息技術(shù)的應(yīng)用帶來(lái)更多可能性和機(jī)遇。