使用空间光调制器的全息图像重建技术

可在www.sciencedirect.com上在线ScienceDirect电气系统与信息技术学报1（2014）103使用空间光调制器的Ahmed Sheeta，Mr. Saha， Mai El Sayeda， Mai Mageda， Mona Ismaila，Mariam Alia，Nahed Hussien Soloumab，c，T arek Abdel-Mottleb，ca国家激光增强科学研究所激光、系统和生物医学工程系的工程应用埃及开罗大学工程学院b埃及开罗大学生物医学工程系激光工程应用c埃及赫勒万大学生物医学工程系激光工程应用2014年7月11日在线发布摘要这项工作的目的是电子产生的衍射图案的医学图像，然后试图光学重建相应的全息图显示在空间。这种方法是在一次试验中提出的，目的是找到一种昂贵且易腐烂的记录板的智能替代品© 2014制作和主办由Elsevier B.V.电子研究所（ERI）关键词：医学;全息;傅立叶;记录;再现;图像1. 介绍创建医学图像的全息图是可视化领域的一个新课题虽然这个想法在二十多年前就已经开始研究，但在最近五年之前还没有取得任何成果这是因为完成这项工作需要非常高的计算机配置和光学规格全息术是显示空间物体的三维图像。其原理是将来自该物体的光和参考光束的干涉图案保存在特殊的记录板上。该图案包括构建3D形状所需的振幅和相位差的信息。当全息干板随后被激光束曝光时，可以从不同的视角显示和观察三维全息图。*通讯作者。电子邮件地址：Eng Ahmedsheet@hotmail.com（A. 表）。电子研究所（ERI）负责同行评审http://dx.doi.org/10.1016/j.jesit.2014.07.0042314-7172/© 2014由Elsevier B. V.制作和托管电子研究所（ERI）104A. Sheet et et al./Journal of Electrical Systems and Information Technology 1（2014）103zzE2ZE2Zp2zOOOO2z2zFig. 1.傅里叶全息图的光学构造。2. 实验程序创建计算机生成全息图（CGH）包括三个主要步骤：(1) 计算虚拟散射波阵面（干涉图样）。(2) 对波前数据进行编码并准备显示。(3) 实验装置。以下各节介绍了这些步骤的说明。2.1. 虚拟散射波前的计算可以使用许多方法来计算CGH的干涉图案我们使用了其中的两种方法，即傅里叶变换全息图和Gerchbergand Saxton（GS）算法2.1.1. 傅里叶变换全息照相傅立叶变换（FT）全息术是指创建的全息图是傅立叶变换的主题。物体和参考光必须位于同一平面内，因此要成像的可能物体被限制在平面孔径内。对于衍射电场，通过孔径透射函数a（x0，y0）的傅里叶变换来近似，由z=z0给出的观察平面必须远离物平面。实验上，在两个平面之间引入一个薄的球面透镜，将在焦距f处进行傅里叶变换，如图2所示。 1中心在（xr，yr，0）处的孔的电场由等式给出。（一）Eeikzeik（x2+y2）dx dy a（x-x，y−ik（xxo−yyo）y）eO伊克兹2zo ooik（x2+y2）r o−r−i（xxo−yyo）伊克兹ik（x2+y2）由参考点源引起的电场由方程给出（二）E（x，y）=eikz eik（x2+y2）dxdyδα−ik（xxo+yyo）（x，y）eCreikzeik（x2+y2）（2）总电场是E0和Ep的叠加，其给出由等式表示的干涉图案。（三）rreikzeik（x2+y2）E（x，y）=E0（x，y）+Ep（x，y）=C[1+A（Kx+Ky）]（3）=Cedxo dyo a（xo−xr，yo−yr）e=CeA（Kx，Ky）（1）A. Sheet et et al./Journal of Electrical Systems and Information Technology 1（2014）103105×图二.典型的GS算法（Lehar）。2.1.2. Gerchbergand Saxton（GS）算法这是SLM软件使用的仅相位全息图算法我们采用GS算法作为计算算法，以改善重建图像的恶化。图2是作者为说明一个典型的GS算法所作的框图。在用于傅立叶全息图的GS算法中，傅立叶变换和逆傅立叶变换分别对应于来自全息图的重建和全息图生成。我们通过将随机相位添加到输入图像来开始计算算法，并从后者计算衍射图案计算我们只从衍射光中提取相位分量来生成相息图。通过逆衍射计算重建相息图我们用原始输入图像替换重建光的振幅重复上述过程，GS算法逐渐改善重建图像的质量2.2. 对波前数据进行编码并准备显示一旦你知道了物体的散射波前是什么样子或者如何计算它，它就必须被发送到空间光调制器（SLM）。SLM是一种基于其控制输入在空间上调制相干光的设备。SLM用于编码用于航空测绘的输出图案。同时，SLM接受来自计算机的图案信息，并将来自激光源的输入相干光转换成所需的输出图案。在我们的工作中，我们在实验中使用了两种类型的SLM：1. PLUTO（相位空间光调制器）PLUTO空间光调制器（SLM）用于控制LCOS（硅基液晶）有源矩阵反射模式相位LCD，分辨率为1920 1080，对角线为0.7rr。2. SLM（LC 2002）相位和幅度调制：SLM（LC 2002）用于控制LCOS（Liquid Crystal-on-Crystal）。硅）有源矩阵传递模式，分辨率为800× 600。图三. CGH的重建106A. Sheet et et al./Journal of Electrical Systems and Information Technology 1（2014）103见图4。使用反射式SLM的实验的俯视图。2.3. 实验装置利用空间光调制器和一些光学元件对输入的干涉图样进行相干调制，在显示器上观察全息图。图图3是作者制作的框图，显示了在实验中用于再现全息图的元件，• 激光源。• 光束扩展器。• 准直器（双凸透镜）。• SLM。• 双凸透镜（逆傅立叶）。• 平面凹面（放大全息图。图五.使用反射式SLM的实验的前视图。A. Sheet et et al./Journal of Electrical Systems and Information Technology 1（2014）103107见图6。 骰子的结果全息图F1是透镜1（准直器）的聚焦透镜。F2是透镜2的聚焦透镜（逆傅立叶）。F3是镜头3的焦距（放大率）图图4和图5示出了在实验室中进行的实验中使用的光学装置的实时图像，对包含该装置的组件的光学台进行了正面和顶部拍摄3. 结果(a) 一个软件程序，通过傅立叶算法生成二维图像的干涉图案(b) 实验中采用基于GS算法的PLUTO反射式SLM（全息图再现的新趋势），利用其软件生成二维全息图图图6 -8示出了在实验室中拍摄的输出全息图的图像。见图7。 头骨的全息图108A. Sheet et et al./Journal of Electrical Systems and Information Technology 1（2014）103见图8。 全息眼标志的结果全息图。4. 今后工作我们正在努力消除结果图像中显示的DC项我们正在研究3-D全息图并在空间中观察它，并且可以使用该系统的多个系统来完成，每个系统将生成3-D对象的不同视图，并且通过特定的对准可以生成3-D全息图。5. 结论结合光学工程，激光工程，数学，计算技术和软件编程的科学作者可以达到一个令人满意的三维全息图像的输出通过使用SLM和软件算法，一个结果，可以是一个非常有趣的研究领域，在作者的职业生涯的参考http：//cns-alumni.bu.edu/slehar/fourier/fourier.html