全息术调研报告PPT课件

1 全息术与显微成像技术发展现状 2 一 全息术概述 1 基本原理全息术最早是由英国科学家丹尼斯 盖伯于1948年提出的一种新的成像概念 其原理是 利用光的干涉 将物体透射或反射的光波与另一束相同的参考光光波进行干涉 然后将干涉条纹图样记录下来 由于干涉条纹图样当中记录了物体的振幅和相位 所以将此方法拍摄下的图像称为全息图 如果想得到原物体的像 只需要用记录时的参考光波照射全息图 就可是参考光波发生衍射现象 从而得到原物体的三维立体图像 这种技术被称为全息技术 3 2 全息照相光路 4 3 全息图 hologram 的分类 1 按着制作方法2 按着光路结构3 按着再现方式4 按着实际用途 光学记录全息图计算机像素全息图 同轴全息图离轴全息图 单色光全息图 复色光全息图 反射全息图相面全息图彩虹全息图假彩色编码全息图真彩色编码全息图角度多路合成全息图多通道全息图 普通特殊 加密全息图 5 4 全息摄影与普通摄影的区别 6 5 全息技术的应用 1 全息显微 全息显微术是全息与显微相结合的技术 2 全息显示 是指利用全息照片来重现十分逼真的物体的三维图像 这个领域是商业价值较高的领域 尤其是白光再现全息术 它是走出实验室的最实用的全息术 3 全息干涉计量 能实现高精度非接触无损三维测量 且测量精度可达波长量级 4 全息信息存储 其特点是大容量 高密度 高衍射效率 低噪声 高分辨率和高保真度 而且数据传输速率高 寻址时间短 5 计算全息 通过计算机制成的全息图 可将数量巨大的组合图像进行记录 并能很好地平衡其颜色 为电子文档和图像处理系统开辟了崭新的前景 7 6 模压全息模压 其生产过程是首先通过全息照相技术获得一张表面浮雕式全息图 再通过精细化学镀膜技术制成上机镍板 最后通过专用模压机在适当材料 PET和PVC 上压印出全息图像 7 在医学领域的应用 利用激光全息成像技术提供眼睛各个部分单独的三维立体图像以做深入的检查 利用全息诊断方法可以查出直径在1mm以上的乳腺癌 超声全息可用于医疗上的透视等 8 在军事领域的应用 例如 一般雷达系统只能探测到目标的远近 方位和运动速度等 而全息监视系统能提供目标的三维图像 全息术应用于军事将使通讯 导航 定位检测等技术发生实质性的变化 8 9 二 数字全息术的发展 数字全息技术是全息技术 电子成像和计算机技术技术三种技术的结合产物 它将数学技术与传统的光学全息技术相结合 以CCD器件为全息图的记录介质 以计算机作为全息图的存储介质 在表面形状测量 微小物体检测成像 形变测量以及图像信息全等很多领域都具有很重要的应用价值 10 1 数字全息实验图 11 2 与传统全息术相比的优点 1 记录速度快2 实时再现3 高精度定量测量4 图像处理方便5 数据存储 传递方便 12 3 存在问题CCD的靶面尺寸较小 CCD分辨率较低 数字重建的方法不够完善 13 提高再现像的像质的发展研究现状基于数字图像处理技术 频域滤波 拉普拉斯算子预处理 全息图减平均值及数字相减等 基于实验方案改进同轴相移数字全息术合成孔径数字全息术彩色数字全息术 4 发展现状 14 b 数字全息术的应用现状 15 显微观测领域生物细胞监测粒子场测量形变和振动测量机电系统的检测 无接触快速三维观测能力 目前 数字全息显微的横向分辨率已经达到了亚微米量级 轴向分辨率已经达到了1nm量级 瑞士 瑞典 加拿大等国家已经有了数字全息显微镜的商品化产品 16 2 干涉测量领域物体的微小位移 形变和振动透明介质的折射率分布温度场分布干涉测量可以无接触的测量物体的振动 形变 结构张力和应力等 是一种分辨率达到波长量级的高精度无损检测方法 17 3 信息安全领域应用于文件加密 商标防伪等信息安全领域以防止对机密文档和认证信息的非法复制 许多国家的货币也都使用了全息防伪图像 如巴西 英国 加拿大 韩国 日本等国家 常见的银行储蓄卡 信用卡 身份证以及护照等证件上也都用到了全息防伪技术 18 数字全息显微术是根据数字全息成像原理发展出的一种新的显微术 在数字全息显微术的研究方面国内外的学者主要研究了数字全息的轴向和横向分辨率 再现方法等方面 数字全息显微术与传统的显微术相比能够记录和再现物体的三维信息 具有较高的分辨率 对样本的影响较小 设备简单等优点 因此它广泛应用于生物细胞观测 微观粒子成像和跟踪 聚合物粒子生长检测 微电路的检测等多个领域 三 数字全息显微术的发展 19 国外的近年来的一些成果 1 2002年瑞士ChristianD Depeursinge和EtienneCuche取得了0 5 m的横向分辨率 40nm的轴向分辨率 并得到活性细胞的三维再现像 2 2004年 德国Muenster大学的Bj rnKemper和DanielCarl使用离轴菲涅耳全息记录光路记录人体肝脏肿瘤细胞的全息图 放大物体的微物镜数字孔径N A 0 4 再现算法为非衍射重建法获得的再现像的横向分辨率为0 85 m 并得到人体肝脏肿瘤细胞的三维再现像 在此基础上 他们用数字全息显微镜检测在细胞培养液中的单个细胞的折射率 将得到的细胞折射率信息应用于检测相邻胰腺肿瘤细胞的厚度和形状 并分析了注入药物后细胞骨架的反应情况 结果表明数字全息显微镜是一种定量相衬技术 十分适用于活性细胞的研究 20 3 2006年 美国南弗罗里达大学的C J Mann和M K Kim 用数值孔径N A 0 65的显微物镜对物体放大 得到的再现像的横向分辨率为0 5 m 轴向分辨率为30nm 使用的再现算法为角谱算法 得到很好的血液细胞的三维像 4 2009年EmmaEriksson等人采用自聚焦的方法对细胞核的运动进行了观察 取得了一定的成果 21 b 国内发展现状海光机所研究提高数字全息再现像分辨率的方法 以及滤波方法 2 昆明理工大学主要研究的是同轴相移数字全息 也开始研究无透镜傅里叶变换显微全息术 3 天津大学的研究主要包括数字全息一些基本问题的研究 如菲涅耳数字全息的记录条件 再现像的分离 影响数字全息再现像质量的因素 像面数字全息 以及粒子场测量 4 西北工业大学的研究内容涉及了三维物场重建方法 数字全息在显微方面的应用 光纤数字全息 数字全息在物体形变测量方面的研究 以及实用化数字全息图记录与再现系统的实验研究等 在生物细胞的研究上 以及成功再现洋葱细胞的三维再现像 22 四 全息技术的发展趋势 白光记录和白光再现的全息图将使全息术最终走出实验室 进入更广泛的实用领域 干涉计量用全息彩虹相机的研究 研制出结构简单且实用的全息照相机 数字全息图的研究 模压光栅全息图的研究 这是将飞速发展的计算机技术引进模压全息工业的杰作 制作三维物体以及二维 三维物体混合的模压光栅全息图 将成为全息工作者要解决的问题 纳米级精度光学全息元件的研究 这是个学科交叉的课题 需要有相关技术与全息技术相结合才能完成 23 5 寻找制作全息电影和全息电视的简捷途径 使之实用化将是全息工作者追求的目标 6 研制性能更好的光全息存储器与已经成熟的磁性存储技术和光盘存储技术相比 全息存储有以下特点和优点 高冗余度 高存储容量 高的数据传输速率和很快的存取时间即可进行并行内容寻址等 7 发展激光防伪包装印刷 这一新技术 在包装 印刷和防伪行业有巨大的发展空间 24 五 全息术在商业中的发展概况 由于全息投影技术突破了传统声 光 电局限 将美轮美奂的画面带到观众面前 给人一种虚拟与现实并存的双重世界感觉 无疑 未来全息投影技术市场发展潜力将是无可估量的 目前在国内 掌握全息技术并能够生产全息产品的企业有很多 其中值得关注的有 数虎科技有限公司 深圳威视丽景科技有限公司 威视丽景和数虎的全息投影服务项目主要包括全息投影项目策划 全息投影内容制作 全息投影设备集成 全息投影安装调试 全息投影设备租赁等 25 目前全息投影的发展还面临一些障碍 首先 全息技术的实现依然受环境 空间等限制 例如怕雨 室外造价太高 目前只能在室内实现 另外