CN102722096B - 一种用于生成全息干涉条纹的方法及系统 - Google Patents
一种用于生成全息干涉条纹的方法及系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种用于生成全息干涉条纹的方法及系统，该方法包括：针对一数字图像，生成该数字图像的BMP灰度位图；根据该BMP灰度位图的每一像素的灰度值，确定该像素所对应的全息干涉条纹的角度和密度；以及根据每一像素所对应的全息干涉条纹的角度和密度以及不对称切面全息干涉条纹模式，生成所述数字图像的全息干涉条纹，其中，所述全息干涉条纹的密度位于0-700线/mm的范围内，所述不对称切面全息干涉条纹模式被配置为：全息干涉条纹由明至暗渐变、由暗至明突变，全息干涉条纹切面由高至低渐变、由低至高突变。通过在不对称切面全息干涉条纹模式下生成低密度的全息干涉条纹，由该全息干涉条纹所组成的全息图可具有理想的水晶白光效果。
Description
技术领域
本发明涉及全息成像领域，并且尤其涉及一种用于生成全息干涉条纹的方法及系统。
背景技术
全息技术是利用干涉和衍射原理记录并再现物体的真实三维图像的技术，具体可分为以下两个过程：
(1)全息图生成过程：利用干涉原理记录物体光波信息，利用一部分激光照射被摄物体，以形成漫射式的物光束，另一部分激光作为参考光束射到全息底片上，以与所述物光束叠加产生干涉，把物体光波上各点的位相和振幅转换成在空间上变化的强度，从而利用干涉条纹间的反差和间隔将物体光波的全部信息记录下来。记录着干涉条纹的底片经过显影、定影等处理程序后，便成为一张全息图，或称全息照片。
(2)成像再现过程：全息图犹如一个复杂的光栅，在相干激光照射下，一张线性记录的正弦型全息图的衍射光波一般可给出两个像，即原始像(又称初始像)和共轭像。再现的图像立体感强，具有真实的视觉效应。全息图的每一部分都记录了物体上各点的光信息，故原则上它的每一部分都能再现原物的整个图像，通过多次曝光还可以在同一张底片上记录多个不同的图像，而且能互不干扰地分别显示出来。简而言之，该过程利用衍射原理再现物体光波信息。
全息图是由不同密度、不同角度的全息干涉条纹组成的，全息干涉条纹的密度决定色彩，全息干涉条纹的角度决定观测方向。基于此原理，目前已开发出数字干涉条纹全息拍摄系统，该系统可根据数字图像生成全息干涉条纹，而不再如传统的光学平台或点阵平台那样依赖于激光产生全息干涉条纹。
发明内容
本发明的目的在于提供一种使得所产生的全息图具有水晶白光效果的用于生成全息干涉条纹的方法以及使用该方法的系统。
本发明提供了一种用于生成全息干涉条纹的方法，该方法包括：针对一数字图像，生成该数字图像的BMP灰度位图；根据该BMP灰度位图的每一像素的灰度值，确定该像素所对应的全息干涉条纹的角度和密度；以及根据每一像素所对应的全息干涉条纹的角度和密度以及不对称切面全息干涉条纹模式，生成所述数字图像的全息干涉条纹，其中，所述全息干涉条纹的密度位于0-700线/mm的范围内，所述不对称切面全息干涉条纹模式被配置为：全息干涉条纹由明至暗渐变、由暗至明突变，全息干涉条纹切面由高至低渐变、由低至高突变。
相应地，本发明还提供了一种用于生成全息干涉条纹的系统，该系统包括：位图生成模块，用于生成一数字图像的BMP灰度位图；角度及密度确定模块，用于根据所述BMP灰度位图的每一像素的灰度值，确定该像素所对应的全息干涉条纹的角度和密度；以及全息干涉条纹生成模块，用于根据每一像素所对应的全息干涉条纹的角度和密度以及不对称切面全息干涉条纹模式，生成所述数字图像的全息干涉条纹，其中，所述全息干涉条纹的密度位于0-700线/mm的范围内，所述不对称切面全息干涉条纹模式被配置为：全息干涉条纹由明至暗渐变、由暗至明突变，全息干涉条纹切面由高至低渐变、由低至高突变。
本发明通过在不对称切面全息干涉条纹模式下生成低密度的全息干涉条纹，可生成一特殊的全息干涉条纹，由该全息干涉条纹所组成的全息图可具有理想的水晶白光效果。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明提供的用于生成全息干涉条纹的方法的流程图；
图2为本发明所生成的全息干涉条纹与普通全息干涉条纹的对比示意图；以及
图3为本发明提供的用于生成全息干涉条纹的系统的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
图1为本发明提供的用于生成全息干涉条纹的方法的流程图。如图1所示，本发明提供了一种用于生成全息干涉条纹的方法，该方法包括：针对一数字图像，生成该数字图像的BMP灰度位图(该BMP指代一种图像格式，该图像格式为本领域所公知)；根据该BMP灰度位图的每一像素的灰度值，确定该像素所对应的全息干涉条纹的角度和密度；以及根据每一像素所对应的全息干涉条纹的角度和密度以及不对称切面全息干涉条纹模式，生成所述数字图像的全息干涉条纹，其中，所述全息干涉条纹的密度位于0-700线/mm的范围内，所述不对称切面全息干涉条纹模式被配置为：全息干涉条纹由明至暗渐变、由暗至明突变，全息干涉条纹切面由高至低渐变、由低至高突变。
所述切面可作以下理解：利用全息光将全息干涉条纹曝光至光致抗蚀剂胶层上，全息光于全息干涉条纹较明的部分所透过的光的强度要大于全息光于全息干涉条纹较暗的部分所透光的光的强度，故相较于全息干涉条纹较暗的部分，较明的部分可于光致抗蚀剂胶层上蚀刻得较深，具体切面图可参见图2。
对于本领域技术人员而言，针对一数字图像生成该数字图像的BMP灰度位图是很容易的，可通过专业的软件实现。全息干涉条纹的密度与角度为全息干涉条纹的两大特性，本发明通过BMP灰度位图的灰度值来确定对应的全息干涉条纹的角度和密度，灰度值与全息干涉条纹的角度和密度之间的对应关系如下：
灰度值为0，全息干涉条纹的角度为0度，密度为0线/mm；
灰度值为1，全息干涉条纹的角度为0.703度，密度为2.73线/mm；
灰度值为2，全息干涉条纹的角度为1.406度，密度为5.46线/mm；
灰度值为3，全息干涉条纹的角度为2.109度，密度为8.19线/mm；
灰度值为4，全息干涉条纹的角度为2.812度，密度为10.92线/mm；
……
灰度值为255，全息干涉条纹的角度为180度，密度为700线/mm。
以上给出了将0-180度的角度及0-700线/mm的密度均匀分割为256份，以分别对应于0-255的灰度值，例如BMP灰度位图的一个灰度变化对应于全息干涉条纹0.703度的角度变化，一个灰度变化对应于全息干涉条纹2.73线/mm的密度变化，该对应关系仅仅是示例性的。本发明的发明点在于通过采用不对称切面全息干涉条纹模式生成在低密度的全息干涉条纹，从而实现具有水晶白光效果的全息图，至于全息干涉条纹的角度和密度与灰度值的对应关系，则并不限于以上对应关系，其他对应方式亦可适用于本发明。
优选地，所述全息干涉条纹的密度位于0-300线/mm的范围内，相比于密度位于0-700线/mm的范围内的全息干涉条纹，藉此得到的全息干涉条纹更粗(由于每毫米的线数更少，故密度小的全息干涉条纹当然比密度大的全息干涉条纹更粗)，灰度阶调可非常充分地记录在光致抗蚀剂胶层上，所达到水晶白光效果优于全息干涉条纹的密度位于0-700线/mm的范围内的情形，可达到更为理想的水晶白光效果。
所述光致抗蚀剂胶层主要为正性光致抗蚀剂，正性光致抗蚀剂主要为甲基丙烯甲酯、烯砜和重氮类这三种聚合物，最常用的是甲基丙烯甲酯胶，典型特性为灵敏度40-80μC/cm2(加速电压为20KV时)、分辨率0.1μm。
图2为本发明所生成的全息干涉条纹与普通全息干涉条纹的对比示意图。如图2所示，对于普通全息干涉条纹而言，其由明至暗以及由暗至明均是渐变的，至于其切面，则呈抛物线对称结构。而对于本发明的全息干涉条纹而言，其由明至暗是渐变的，由暗至明则是突变的，至于其切面，则由高至低渐变、由低至高突变，呈非对称锯齿结构。
普通全息干涉条纹是由于激光器物光与参考光相干产生的，当两个波的相位相同时，产生相长干涉，形成干涉条纹图像中的明亮条纹，当两个波的相位相反时则产生相消干涉，形成暗条纹，于是构成了明暗相间的干涉条纹图像。所产生的干涉条纹形状与明暗条纹间距的变化也是连续均匀的，其原理决定它所产生的干涉条纹只能是对称切面的全息干涉条纹。普通平台和点阵机原理均是利用激光相干原理产生的条纹，只能产生切面为对称切面的全息干涉条纹，无法产生本发明所使用的不对称切面全息干涉条纹，切面为对称切面的全息干涉条纹所组成的全息图所能实现的效果也仅为普通的全席彩虹效果。
本发明所使用的非对称切面全息干涉条纹可通过数字干涉条纹全息拍摄系统产生，因为其全息干涉条纹产生方式是源自数字图像，而非依赖于激光，故可人为改变全息干涉条纹的分布，使得全息干涉条纹的切面呈本发明的非对称形式，即满足“全息干涉条纹由明至暗渐变、由暗至明突变，全息干涉条纹切面由高至低渐变、由低至高突变”这一条件，在此情况下，可使得由低密度的该全息干涉条纹组成的全息图具有如白光、水晶的视觉效果，该全息图是不同于以往任何全息平台所拍摄的全息图的，且所达到的白光、水晶视觉效果亦是以往任何全息平台所拍摄的全息图无法达到的。
相应地，本发明还提供了一种用于生成全息干涉条纹的系统，图3为本发明提供的用于生成全息干涉条纹的系统的结构示意图。如图3所示，该系统包括：位图生成模块100，用于生成一数字图像的BMP灰度位图；角度及密度确定模块200，用于根据所述BMP灰度位图的每一像素的灰度值，确定该像素所对应的全息干涉条纹的角度和密度；以及全息干涉条纹生成模块300，用于根据每一像素所对应的全息干涉条纹的角度和密度以及不对称切面全息干涉条纹模式，生成所述数字图像的全息干涉条纹，其中，所述全息干涉条纹的密度位于0-700线/mm的范围内，所述不对称切面全息干涉条纹模式被配置为：全息干涉条纹由明至暗渐变、由暗至明突变，全息干涉条纹切面由高至低渐变、由低至高突变。
其中，所述角度及密度确定模块200将0-180度的角度及0-700线/mm的密度均匀分割为256份，以分别对应于的0-255的灰度值。
优选地，所述全息干涉条纹的密度位于0-300线/mm的范围内。
所述用于生成全息干涉条纹的系统可嵌入现有的数字干涉条纹全息拍摄系统中，该数字干涉条纹全息拍摄系统可利用LOCOS空间光调制器显示并监视由所述全息干涉条纹生成模块300所生成的全息干涉条纹；之后，光路系统可将将所述LOCOS空间光调制器所显示的全息干涉条纹缩小并记录在置于机械系统上的涂布了光致抗蚀剂的玻璃板上；之后，机械系统移动所述玻璃板，所述光路系统再次将另一全息干涉条纹缩小并记录在涂布了光致抗蚀剂的玻璃板上，重复该操作，从而将多个全息干涉条纹拼合在所述涂布了光致抗蚀剂的玻璃板上，得到整个数字图像的全息图。通过显影便可显现出涂布了光致抗蚀剂的玻璃板上的全息图。
总而言之，使用本发明的用于生成全息干涉条纹的方法及系统，通过在不对称切面全息干涉条纹模式下生成低密度的全息干涉条纹，可生成一特殊的全息干涉条纹，由该全息干涉条纹所组成的全息图可具有理想的水晶白光效果。
虽然本发明已通过上述实施例所公开，然而上述实施例并非用以限定本发明，任何本发明所属技术领域中技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，应当可以作各种的变动与修改。因此本发明的保护范围应当以所附权利要求书所界定的范围为准。
Claims (6)
1.一种用于生成全息干涉条纹的方法，该方法包括：
针对一数字图像，生成该数字图像的BMP灰度位图；
根据该BMP灰度位图的每一像素的灰度值，确定该像素所对应的全息干涉条纹的角度和密度；以及
根据每一像素所对应的全息干涉条纹的角度和密度以及不对称切面全息干涉条纹模式，生成所述数字图像的全息干涉条纹，
其特征在于，所述全息干涉条纹的密度位于0-700线/mm的范围内，所述不对称切面全息干涉条纹模式被配置为：全息干涉条纹由明至暗渐变、由暗至明突变，全息干涉条纹切面由高至低渐变、由低至高突变，其中确定像素所对应的全息干涉条纹的密度包括：0-700线/mm的密度均匀分割为256份，以对应于的0-255的灰度值。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，确定像素所对应的全息干涉条纹的角度包括：将0-180度的角度均匀分割为256份，以对应于的0-255的灰度值。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述全息干涉条纹的密度位于0-300线/mm的范围内。
4.一种用于生成全息干涉条纹的系统，该系统包括：
位图生成模块(100)，用于生成一数字图像的BMP灰度位图；
角度及密度确定模块(200)，用于根据所述BMP灰度位图的每一像素的灰度值，确定该像素所对应的全息干涉条纹的角度和密度；以及
全息干涉条纹生成模块(300)，用于根据每一像素所对应的全息干涉条纹的角度和密度以及不对称切面全息干涉条纹模式，生成所述数字图像的全息干涉条纹，
其特征在于，所述全息干涉条纹的密度位于0-700线/mm的范围内，所述不对称切面全息干涉条纹模式被配置为：全息干涉条纹由明至暗渐变、由暗至明突变，全息干涉条纹切面由高至低渐变、由低至高突变，其中确定像素所对应的全息干涉条纹的密度包括：0-700线/mm的密度均匀分割为256份，以对应于的0-255的灰度值。
5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述角度及密度确定模块(200)将0-180度的角度均匀分割为256份，以对应于的0-255的灰度值。
6.根据权利要求4所述的系统，其中，所述全息干涉条纹的密度位于0-300线/mm的范围内。
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