計算機圖像處理技術在全息學中的應用

文｜龍飛，招繼恩，戴寶

計算機圖像處理技術在全息學中的應用

文｜龍飛，招繼恩，戴寶

隨著社會的發展，科學技術的進步，計算機圖像處理技術與全息技術都得到了發展，并且在不斷的更新完善，對于各行各業的發展具有重要意義。當今社會是信息時代，人類利用計算機進行生活、工作，而電子技術的發展水平，代表著國家的文明發展程度。計算機圖像處理技術，在全息學中的應用，主要是全息技術，以及圖像的增強與復原。計算機圖像處理技術與全息技術，在各行各業得到廣泛的應用，并且取得了顯著的效果。全息技術，在軍事領域的應用價值較高，其能夠快速的鎖定敵人，提高戰斗機的戰斗力。計算機圖像處理技術，在影視行業的應用價值較高，其能夠進行三維場景的構建，從而提高影片的質量，促進了影視行業的發展。

一、計算機圖像處理技術與全息學概述

（一）計算機圖像處理技術

隨著科學技術的發展，我國的計算機技術不斷提高，數字化全息技術的應用越來越廣泛，成功的幫助各行各業解決諸多問題。數字化全息技術，主要是對全息成像的過程，通過數字化信號進行處理。數字化全息技術的功能，主要有全息圖像的存儲、信息數據的記錄、以及圖像的后期處理等。數字化信息技術的應用，代替了傳統的全息干涉技術。計算機圖像處理技術，主要是利用計算機進行圖片資料收集，在進行數字化矩陣存儲，最后通過計算機算法對數字矩陣進行特殊處理。計算機圖像處理技術的應用比較廣泛，根據應用的途徑不同，需要選擇對應的處理方法。計算機圖像處理技術的分類，主要有以下幾種：（1）數字化圖像。多位數字化圖像，主要是將普通意義的模擬圖片，利用計算機進行數字轉化。（2）增強以及復原。將不需要著重進行分析處理的部分進行弱化，降低其對主要部門的干擾，從而有針對性的對信息進行處理。（3）圖像編碼。編碼主要是指對圖像進行壓縮，并保證圖像的清楚與不失真，同時對圖像進行簡化處理，方便圖像的存儲。（4）圖像重建。有的圖像不能實際進行獲取，而是要通過數據進行建設。此時需要利用圖像重建功能，對圖像進行模擬。（5）模式識別。主要體現在系統的密碼設置，例如，人臉識別系統的建設、指紋識別技術的建設等，都需要利用模式識別。（6）計算機圖形學，主要針對模糊概念的圖形，現實中不存在的圖像，利用此技術可以進行構建。20世紀80年代，是計算機技術發展的黃金時期，隨著計算機技術的不斷更新，其應用的領域越來越廣，給社會帶來極大的便利。計算機圖像處理技術，主要應用在醫學、軍事、科研等領域，并且取得顯著的成績。

（二）全息學概述

全息學原理，能夠應用于各種形式的波動，主要有X射線、微波、聲波等，并且使得相關波動具有相干性。光全息技術，主要是在影視行業、展覽活動、醫療行業、藝術品展銷活動、軍事偵查領域、水下偵查領域、金屬內部監測、信息、文物資料的存儲等方面進行應用，并且取得了良好的效果。尤其是全息攝影技術的應用，為攝影行業開辟了新的發展領域。全息攝影技術，主要發明于20世紀60年代，物理學家尤里.丹尼蘇克其通過全彩全息圖像技術，制作出聚酯軟膠片上面的“彩虹”全息圖像。例如，某些信用卡，以及相關的紙幣，其中就利用了尤里.丹尼蘇克的全彩全息圖像技術。全息圖像的呈現，主要是通過復雜的印刷，具有防偽的作用。主要是由于其感光度比較低，不法分子無法得到以假亂真的作用。對于全息識別設備的制作，諸多研究學者采用重絡酸鹽膠進行感光劑制作。此種設備主要適用于戰斗機，其可以幫助駕駛員鎖定敵人目標，并拍攝一些珍貴的歷史資料，記錄緊急的瞬間。其能夠真實的再現當時的場景，將歷史文物進行立體化展現，極大程度的提高視覺效果。具有記錄歷史文物，保護秘密資料的作用。大型的全息圖，能夠對轎車、衛星、以及三維立體廣告，對于商業領域而言，具有較高的使用價值。利用脈沖全息技術，能夠建立人物模型，將人物形象清晰的呈現。例如，人物肖像、結婚紀念照等。小型的全息圖，可以用來制作特殊的飾品，并且能夠呈現卡通人物、明星、植物等圖像。模擬彩虹全息圖，能夠制作卡通動漫、賀卡等，同時可以作為防偽商標，抑制在商品身上。模擬彩虹全息圖，是21世紀的新技術，其能夠展示在書籍中，突破了印刷技術的新界限。模壓全息標識，其具有強烈的三維層次感，并且會跟隨觀察角度的不同，而展示不同的圖像。全息學技術，內容十分廣泛，并且在不斷的研發過程中，未來全息學技術會有更大的發展，為社會創造更大的利益。

（三）計算機處理技術與全息學的關聯

計算機圖像處理技術，與全息學技術具有一定的聯系，而全息技術主要是發展3D全息成像技術。3D全息成像技術，能夠形成立體的圖像，其主要是將空氣作為媒介，通過干涉與衍射進行立體成像投射。其能夠將現實中的場景進行立體還原，在影視行業的使用價值極高。3D全息成像技術，主要是將3D圖像信息進行記錄，再通過計算機進行系統還原，從而達到情景再現的目的。3D全息成像技術，能夠帶給人3D視覺體驗效果，帶給人不一樣的觀看體驗。由此可見，全息技術具有良好的市場發展前景，具有極大的研究價值。

二、計算機圖像處理技術應用環節分析

（一）全息技術在物理學工作中的應用

全息技術，在物理學工作中的應用比較廣泛，并且隨著計算機技術與CCD技術的發展，全息技術也在不斷更新完善。全息技術的發展，主要是傳統光學全息到數字全息的過程。傳統光學全息，主要是物光與參考光進行全息圖片記錄，從而去進行光的振幅與相位信息的應用。而數字全息技術，主要是對物體進行CCD記錄與參考光記錄，從而形成數字全息圖，再通過計算機圖像處理技術進行處理，從而形成全息圖。數字全息技術的發展，受到CCD技術的影響較大，CCD技術的發展，能夠促進數字全息技術的進步。計算機圖像處理技術，在各行各業的應用比較廣泛。圖像的種類較多，例如，實體圖像、虛擬圖像等。根據圖像種類的不同，需要采取對應的圖像處理技術。模擬圖像，能夠對光學圖像、電視圖像、照相圖像等進行處理，并且處理速度很快，但是靈活性較差。計算機圖像處理技術，在物理學的應用比較廣泛，并且引起了各個企業的關注。例如，微軟公司的數字家庭平臺建設，主要是利用計算機圖像處理技術；國家文字識別系統的建設，同樣是采用計算機圖像處理技術。計算機圖像處理技術，對于人們生活、工作、國家軍防等都具有重大的影響。隨著計算機圖像技術的發展，會給人類的生活帶來更大的改變。

（二）宏觀層面的計算機圖像處理技術

從宏觀的層面來看，計算機圖像處理技術，主要是利用計算機對圖像進行處理，目的是達到需求的效果。計算機處理技術的應用比較廣，并且在應用中交叉滲透。例如，在工業生產、生物醫學、職能控制等方面的應用。計算機處理技術，主要是對數字圖像進行處理、分析、以及理解，從而實現圖像處理的數字化表達。計算機圖像處理技術，主要是對圖像進行空間領域的處理、壓縮處理、以及分割處理等。圖像處理過程中，需要應用相關程序，從而去提高圖像處理的效果，其中涉及到編程語言，并且應用的編程語言種類較多。例如，IPP、MTL 等函數庫，其中包括了諸多圖像處理的過程，應用此程序能夠給操作人員帶來極大便利。Photo－shop等程序軟件，其能夠使得計算機圖像處理技術簡單化，從而方便工作人員操作，提高工作效率。

（三）實踐過程中的計算機圖像處理技術

計算機圖像處理技術，在實際應用過程中，需要對圖像進行預處理。此過程主要應用到模式識別、以及計算機視覺，主要的作用是挖掘內部深層次的數據信息。識別模式，主要應用在監控環節、預測環節、以及智能識別環節等。計算機圖像處理技術，在實際中的應用十分普遍。例如，智能交通、企業的人臉識別打卡、遠程監控等，都需要計算機圖像處理技術進行支持。計算機圖像處理技術，能夠對虛擬圖像進行分析，主要是利用數字化技術，將模擬的場景進行展現，從而去達到真實的視覺效果。此項技術在影視行業的應用比較廣泛，例如，3D電影的制作，三維模型的構建等。計算機圖像處理技術，能夠與通信技術、多媒體技術等聯合使用，增強系統功能，從而取得更大的突破。

三、計算機圖像處理技術在全息學中的應用

（一）計算全息

計算機圖像處理技術，在全息學中的應用，主要包括兩方面：計算全息與圖像的增強與復原。計算全息的目的，主要是為獲得全息圖。其主要的操作過程是，利用計算機圖像處理技術與光全息技術，二者相互融合對圖像進行處理、計算、制作，最后形成全息圖的過程。

（二）圖像的增強與復原

圖像的增強與復原，主要是利用圖像編碼技術，對數字全息圖進行優化，從而提高全息圖的畫面質量，實現相關算法。圖像編碼技術的應用，主要包括以下兩方面：（1）空域法，主要是將圖像看作平面中各個像素的集合，再對維度函數進行處理。空域法，主要包括領域處理法以及點處理法。領域處理法，分為梯度運算、拉普拉斯算子運算等。點處理法主要包括灰度處理、面積、周長、體積、重心運算等。（2）頻域法，主要是對圖像進行正交轉換，從而得到數字列陣，在一一進行處理。處理完的圖像在返回轉換的空間域，從而得到處理結果。頻域法，主要包括濾波、數據壓縮、特征提取等。對于動態3D圖像的處理，主要是應用于軍事領域，并且對軍事發展具有促進作用。

（三）模擬實驗

模擬試驗，主要是利用 matlab 軟件，利用計算機圖像處理技術，去模擬計算全息，以及全息圖的形成過程。通過matlab 軟件去進行計算全息的制作、并且將其再現。如下表1所示，計算全息的流程表。

表1 計算全息圖的制作流程

試驗主要是利用matlab 程序設計語言，去進行全息圖的制作。分別是制作全息圖的原始圖樣、離散后的參考光波頻譜、制作好的全息圖頻譜、以及計算全息的再現圖。原始物圖，其尺寸大小為1024 像素×1024 像素。模擬實驗的具體數據信息為：激光模擬了氦氖激光器，其波長是641.2nm。再現的距離為41cm。通過試驗可知，數字全息的處理過程，則是計算機圖像處理技術，在全息學中應用的過程。主要是利用計算機圖像處理技術，對全息圖的信息進行記錄，對物光與參考光進行記錄，從而去實現全息圖的從現。在通過圖像增強與復原對全息圖進行處理，提高全息圖的質量，對圖像進行消聲處理，從而更好的實現全息圖的重現。計算機圖像處理技術，在全息學中的應用范圍很廣，不僅是對全息圖進行處理，還涵蓋其它方面。因此，計算機圖像處理技術的發展，能夠促進全息技術的發展。

計算機圖像處理技術，在全息學中的應用，主要是計算全息與全息圖的形成過程。全息技術在各行各業的應用比較廣泛，并且取得了一定的成果。例如，美國科學研究所，制定了一項計劃，主要利用的原理是3D高清成像，需要全息技術進行支持。美國亞利桑那州光學科學學院，組織科研成員成立研究組織，主要的目的是利用3D成像快速的獲得清晰完整的圖像，并且研究的成果應用與軍事領域，從而去提高美國的軍事戰斗能力。通過全息技術能夠實現3D高清成像，其能夠在軍事訓練中進行使用。3D成像能夠同時展現諸多復雜的數據，成功超越了2D圖像的效果。研究小組利用全息攝影術，將物體、場景進行信息數據存儲，此項研發對于重要數據的保存，歷史資料的存儲具有重要意義。利用全息技術，制造的全息視頻設備，在商業領域的應用價值較高，其系統結構被稱之為類全息。主要是由于其在全動態、全彩全息視頻的效果一般。對于此項技術的研究，馬薩諸塞技術學院的研究結果更好，其發明了3D“電視”系統，成功的提高了視頻電視的清晰度。計算機圖像處理技術、全息技術的發展，會給人類科研領域帶來新的突破，能夠促進各行各業的發展。

綜上所述，計算機圖像處理技術與全息學概述，主要包括計算機圖像處理技術，全息學概述，以及計算機處理技術與全息學的關聯。計算機圖像處理技術應用環節分析，主要包括實踐過程中的計算機圖像處理技術，宏觀層面的計算機圖像處理技術，以及全息技術在物理學工作中的應用。計算機圖像處理技術在全息學中的應用，主要有計算全息、圖像的增強與復原、以及模擬實驗。計算機圖像處理技術在全息學中的應用，主要是將二者的技術進行融合，從而實現全息圖的形成。

作者單位：杰創智能科技股份有限公司