数位全像术之探讨.PDF

數位全像術之探討 指導教授：辛紹志 通訊三甲 D9932512 林官龍 摘要 數位全像術是近年來嶄新的光學技術。以往傳統的全像術以單道雷射 光拍攝，發展出許多各種不同的應用。光學全像術（optic holography ）是一種藉由光波干涉而紀錄物體複數物光的技術，而數 位全像術則是以 Charge-coupled device (CCD)作為紀錄介質，透過 電腦以特定演算法可重建物光，經由雙隨機相位編碼：其中一個建構 在空間域，另一個建構於頻率域中，可將標記圖像（ mark image ）頻 譜展開 成近似白雜訊(white noise) 。 緒論 全像術是一種記錄物體輪廓影像資訊的技術，於 1948 年 Gabor[1] 最先提出，基本的概念，係利用一道光照射物體表面後形成物體反射 光，此反射光即為物光；故物光波前中記錄者物體影像資訊，而以發 散光形式向外散射傳播，之後利用與物光有相同波長之同調光相互干 涉後，產生之干涉圖即為全像圖。 全像術(holography)有別於一般的照相術 (photography) ，主要原是 照相術只是將影像二維的光強分佈資訊記錄在底片上；而全像術則不 只是記錄物體輪廓的光強資訊 (amplitude) ，它的相位資訊(phase) 也一併以光柵形式記錄在底片上。 干涉基本原理 波的疊加與干涉 波前常指一個等相位波面，包括平面波與球面波，依照惠更斯 (C. Huygens 1678)的波面傳播原理，假設波前 (wave front ：P1)上的每 一點，可以視為二級的波列(wavelets)源，然後以原來波動速率 (在 同一介質中 )向四面八方傳播，新的波前 (P2)與二級的波列源相切成 為其波包(envelope) 。此原理可以簡單的幾何來決定，下一個時刻波 前的形狀，平面波形成平面波，球面波仍然形成球面波，如圖 2.1所 示。 圖 2.1惠更斯原理 (a)平面波 (b)球面波 波有傳播的獨立性。當有多列波在空間交疊時，它的傳播互不干擾也 就是說無論 波如何傳播，就像另一波完全不存在一樣，各自獨立行， 這就是波傳播的獨立性。 全像術 全像術原理是 D. Gabor 在 1948 年所發現，當時 Gabor 在研 究如何改進電子顯微鏡，無意設想出全像術，提出記錄物體三維資訊 的波前重建技術（ Wavefront reconstruction ），藉由光的繞射與干 涉將光的振幅與相位訊號記錄下來並重建。由於可以記錄物體的完整 資訊，故後來稱為全像術（ Holography）。 在 1948 年到 1962 年期間，由於缺乏足夠同調的光源可運用在全 像術，技術上的限制使全像術並無重大的發展。直到 1960 年 T.H. Maiman 利用氙燈激發紅寶石產生輻射，再經過振盪放大，產生人類 第一束雷射光。自從 Maiman的紅寶石雷射（ Ruby Laser）問世後， 許多科學家也發明各種不同的雷射，同時也是全像術受到科學家重視 的開始。 全像可分為四類 第一種為稱為彩虹全像片， 原理及攝製法是在 1969 年由美國麻省理 工學院的. A. Benton 教授所提出的，因重建影像的顏色變化順序與 彩虹的顏色排列順序相同， 因此稱為彩虹全像片，用此一方法產生 的全像片，其重建影像的觀察範圍會受到其拍攝過程中的透鏡大小的 影響。 第二種為 Lippmann型全像片， 攝製此種全像片有許多方式，最有名 的是 1962 年由蘇俄 Yu. N. Denisyuk所提出的方法，此種全像片又 稱為 Denisyuk型全像片， 其攝製方法中最大的特色是物體光與參考 光分別來自感光底片的兩側而起干涉，此法可拍攝出視場較廣、較為 明亮且雜訊又少的 Lippmann型全像片， 常作為裝飾品及藝術展示 用。 第 三為複合式彩虹全像片， 於 1977 年由 Lloyd Cross所發明，結合 了電影攝影技術與彩虹全像片的攝