
【計】 computing holography
calculate; compute; cast; count; figure up; calculation; computation
【計】 calc; calculating; computing; tallying
【經】 calculate; calculation; computation; computing element; reckon
reckoning
【化】 holography
計算全息術(計算全息術,Computer-Generated Holography, CGH)是一種通過計算機算法生成全息圖的技術,其核心原理是利用數值計算方法模拟物體光波與參考光的幹涉過程,并将計算結果編碼為全息圖。該技術突破了傳統光學全息對物理實物的依賴,可直接生成虛拟物體的三維光場信息。其英文術語"Computer-Generated Holography"由美國光學學會(OSA)于1966年首次正式定義,特指通過計算機模拟波前傳播實現全息重建的方法。
從技術實現層面分析,計算全息術包含三個關鍵步驟:
$$
U(x,y) = mathcal{F}^{-1}left{ mathcal{F}{O(x,y)} cdot H(f_x,f_y) right}
$$
在應用領域方面,該技術已廣泛應用于:
值得注意的是,中國科學院上海光機所2023年的實驗表明,采用深度學習優化的CGH算法可将重建效率提升40%以上。斯坦福大學計算成像實驗室最新研究則提出了基于神經輻射場(NeRF)的全息生成框架,顯著改善了動态全息的視覺質量(參見Nature Communications第14卷)。
計算全息術是一種通過計算機模拟和生成全息圖的技術,其核心在于利用算法替代傳統全息術中物理幹涉的記錄過程。以下是詳細解釋:
計算全息術通過數學建模和計算機程式,直接生成全息圖所需的幹涉條紋模式,無需實際物體光波的參與。它結合了光學原理與數字計算技術,将物體的三維信息編碼為數字全息圖,再通過光學設備(如空間光調制器)或數字顯示技術實現三維影像的再現。
對比維度 | 傳統全息術 | 計算全息術 |
---|---|---|
記錄方式 | 物理幹涉(需實際物體和激光) | 計算機模拟幹涉(無需實際物體) |
靈活性 | 受限于實驗條件 | 可生成虛拟物體或複雜結構 |
應用場景 | 靜态全息顯示、防僞标籤 | 動态全息投影、虛拟現實、光學加密 |
總結來看,計算全息術通過數字化手段擴展了全息技術的應用邊界,尤其在動态顯示和虛拟成像領域具有重要價值。其核心公式可簡化為: $$ H(x,y) = mathcal{F}^{-1}left{ mathcal{F}{O(x,y)} cdot mathcal{F}{R(x,y)} right} $$ 其中,(O(x,y))為物光波函數,(R(x,y))為參考光波函數,(mathcal{F})表示傅裡葉變換。
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