全息技術的不斷發展使社會步入了一個發展迅速的新領域，由于三維顯示技術可以使觀察者更容易接受，其發展速度十分迅速，基于計算全息的三維全息圖的設計方法有很多種，其中層析法的設計最為流行，可以利用計算機模擬所需的三維物體，通過算法的不斷迭代優化計算出所需的全息圖。

如圖選用目標圖像為三維物體的小火車，對其進行三維相位型全息圖的設計，目標圖像分為強度圖與深度圖，深度圖是根據3Dmax軟件對其進行渲染得到的，因此深度圖也就代表了火車在空間的深度信息；強度圖也就代表了其強度信息。

 

（a）強度圖                            （b）深度圖

圖1 目標圖像

定義再現距離為300mm，目標圖像的深度為30mm，因此總體深度范圍為300-330mm，根據灰度值對其進行劃分，總共劃分為256層。具體程序設計步驟為：

1.初始參數定義：波長、像元大小與尺寸、目標圖像、填充比例等。

2.利用“im2double”與“imread”函數讀入強度圖與深度圖，然后對深度圖進行處理，采用均值劃分將其按照目標圖像的深度信息對其進行深度劃分。

3.采用優化算法進行迭代設計計算，優化算法也就是所采用的的菲涅爾正逆衍射、傅里葉正逆衍射、角譜正逆衍射（即自定義函數“Fresnel”、“Fourier”、“Angular spectrum”）不斷優化全息面的復振幅分布。

4.對最終優化結果全息面的復振幅分布進行編碼，編碼采用我們自己定義的編碼方式。

5.采用“imwrite”函數進行保存全息圖。

計算得到的相位全息圖如下圖2所示。

圖2 相位全息圖

然后我們對其進行模擬再現，再現即選用上述迭代運算第3步的單次計算公式，導入設計好的計算全息圖，通過改變不同的再現距離即可。選用步長為5mm再現結果如下圖3所示。

（a）z=300mm       （b）z=305mm        （c）z=310mm

（d）z=315mm        （e）z=320mm        （f）z=325mm

（g）z=330mm

圖3不同再現距離下的再現結果

最后我們也對彩色全息進行了設計，選用如下圖4所示的目標圖像“蒙娜麗莎”進行模擬計算，得到其三個分量的再現像，其設計結果與上述三維全息不同，通過控制三原色的不同分量即（R、G、B）進行不同參數的計算，也就是不引入那么復雜的深度信息，但是要合理的控制三原色的初始參數。將設計的全息圖如圖5所示進行全息再現得到的結果如下圖6所示。

圖4 彩色全息目標圖像

圖5 彩色相位全息圖

R分量             G分量             B分量

圖6 再現結果

針對全息顯示技術的發展十分迅速，因此對全息圖的設計也是比較復雜的，其工作難點全是在全息圖的設計優化過程中。

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