探析計算機(jī)圖像處理在全息學(xué)中的應(yīng)用

全息技術(shù)是學(xué)中的重大發(fā)現(xiàn)，近年來在各個行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。作為全息技術(shù)中的兩個重要部分——CCD和計算機(jī)圖像處理技術(shù)，在推動數(shù)字全息新一輪發(fā)展中起到至關(guān)重要的作用。本文將著重從方面闡述圖像處理技術(shù)在全息中的應(yīng)用。

全息技術(shù)是物中一重要發(fā)現(xiàn)，越來越多的應(yīng)用于各個行業(yè)。伴隨著CCD技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，全息技術(shù)也得到一次質(zhì)的飛躍，從傳統(tǒng)光學(xué)全息到數(shù)字全息。傳統(tǒng)光學(xué)全息將物光和參考光干涉得到全息照片來記錄光的振幅和相位信息，而數(shù)字全息則用CCD記錄物光和參考光的干涉，形成數(shù)字全息圖，再通過計算機(jī)圖像處理技術(shù)處理全息圖。因此，影響數(shù)字全息技術(shù)發(fā)展有兩個重要方面：CCD技術(shù)和計算機(jī)圖像處理技術(shù)。

1.圖像處理技術(shù)。圖像是現(xiàn)代人們獲取信息的一個主要手段。人們用各種觀測系統(tǒng)以不同的形式和手段獲得圖像，以拓展其認(rèn)識的范圍。圖像以各種形式出現(xiàn)，可視的、不可視的，抽象的、實(shí)際的，計算機(jī)可以處理的和不適合計算機(jī)處理的。但究其本質(zhì)來說，圖像主要分為兩大類：一類是模擬圖像，包括光學(xué)圖像、照相圖像、圖像等。它的處理速度快，但精度和靈活性差。另一類是數(shù)字圖像。它是將連續(xù)的模擬圖像離散化后處理變成為計算機(jī)能夠辨識的點(diǎn)陣圖像。從數(shù)字上看，數(shù)字圖像就是被量化的二維采樣數(shù)組。它是計算機(jī)技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，具有精度高、處理方便和重復(fù)性好等特點(diǎn)。

圖像處理就是將圖像轉(zhuǎn)化為一個數(shù)字矩陣存放在計算機(jī)中，并采用一定的算法對其進(jìn)行處理。圖像處理的基礎(chǔ)是，最主要任務(wù)就是各種算法的設(shè)計和實(shí)現(xiàn)。目前，圖像處理技術(shù)已經(jīng)在很多方面有著廣泛的應(yīng)用。如通訊技術(shù)、遙感技術(shù)、生物、生產(chǎn)、計算機(jī)科學(xué)等等。根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域的不同要求，可以將圖像處理技術(shù)劃分為許多分支，其中比較重要的分支有：①圖像數(shù)字化：通過采樣和量化將模擬圖像變成便于計算機(jī)處理的數(shù)字形式。③圖像的增強(qiáng)和復(fù)原：主要目的是增強(qiáng)圖像中的有用信息，削弱干擾和噪聲，使圖像清晰或?qū)⑥D(zhuǎn)化為更適合分析的形式。③圖像編碼：在滿足一定的保真條件下，對圖像進(jìn)行編碼處理，達(dá)到壓縮圖像信息量，簡化圖像的目的。以便于存儲和傳輸。④圖像重建：主要是利用采集的數(shù)據(jù)來重建出圖像。圖像重建的主要算法有代數(shù)法、傅立葉反投影法和使用廣泛的卷積反投影法等。⑤模式識別：識別是圖像處理的主要目的。如：指紋鑒別、人臉識別等是模式識別的內(nèi)容。當(dāng)今的模式識別方法通常有三種：識別法、句法結(jié)構(gòu)模式識別法和模糊識別法。⑥計算機(jī)圖形學(xué)：用計算機(jī)將實(shí)際上不存在的，只是概念上所表示的物體進(jìn)行圖像處理和顯現(xiàn)出來。

2.計算機(jī)圖像處理技術(shù)在全息學(xué)中的應(yīng)用。圖像處理技術(shù)在全息中的應(yīng)用主要表現(xiàn)在：一是計算全息，基于計算機(jī)圖形學(xué)將計算機(jī)技術(shù)與光全息技術(shù)結(jié)合起來，通過計算機(jī)模擬、計算、處理，制作出全息圖。因此它可以記錄物理上不存在的實(shí)物。二是利用圖像的增強(qiáng)和復(fù)原，圖像編碼技術(shù)等對數(shù)字全息圖像質(zhì)進(jìn)行提高以及實(shí)現(xiàn)的各種算法。它的應(yīng)用大致可以分為兩大類，即空域法和頻域法：①空域法：這種方法是把圖像看作是平面中各個像素組成的集合，然后直接對這一二維函數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的處理?？沼蛱幚矸ㄖ饕邢旅鎯纱箢?一是領(lǐng)域處理法。其中包括梯度運(yùn)算(Gradient Algorithm)，拉普拉斯算子運(yùn)算(Laplacian Operator) ，平滑算子運(yùn)算(Smoothing Operator)和卷積運(yùn)算(Convolution Algorithm)。二是點(diǎn)處理法。包括灰度處理 (grey processing)，面積、周長、體積、重心運(yùn)算等等。②頻域法：數(shù)字圖像處理的頻域處理方法是首先對圖像進(jìn)行正交變換，得到變換頻域系列陣列，然后再施行各種處理，處理后再反變換到空間域，得到處理結(jié)果。這類處包括:濾波、數(shù)據(jù)壓縮、特征提取等處理。

3.模擬實(shí)驗(yàn)。本文運(yùn)用matlab軟件，利用圖像處理技術(shù)，編寫了程序，以模擬計算全息和實(shí)現(xiàn)全息圖像的濾波。

本文將運(yùn)用matlab程序設(shè)計實(shí)現(xiàn)計算全息的制作、再現(xiàn)過程。標(biāo)有“涉”一字，圖像尺寸為1024像素×1024像素；。模擬實(shí)驗(yàn)中用到的參數(shù)為：激光模擬了氦氖激光器，波長為638.2nm；再現(xiàn)距離為40cm；因?yàn)樵嘉飯D的尺寸用像素為單位表示，所以像素分辨率為1。

從模擬實(shí)驗(yàn)中可以看出，數(shù)字全息的處理過程其實(shí)就是計算機(jī)圖像處理在全息技術(shù)的應(yīng)用過程。利用計算機(jī)圖像處理技術(shù)對全息圖進(jìn)行了記錄，將物光和參考光干涉得到了全息圖。并利用圖像的增強(qiáng)和復(fù)原對圖像進(jìn)行了處理，以消除噪聲，得到更好的全息再現(xiàn)象。

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