计算机图像处理技术在全息学中的应用

文｜龙飞，招继恩，戴宝

计算机图像处理技术在全息学中的应用

文｜龙飞，招继恩，戴宝

随着社会的发展，科学技术的进步，计算机图像处理技术与全息技术都得到了发展，并且在不断的更新完善，对于各行各业的发展具有重要意义。当今社会是信息时代，人类利用计算机进行生活、工作，而电子技术的发展水平，代表着国家的文明发展程度。计算机图像处理技术，在全息学中的应用，主要是全息技术，以及图像的增强与复原。计算机图像处理技术与全息技术，在各行各业得到广泛的应用，并且取得了显著的效果。全息技术，在军事领域的应用价值较高，其能够快速的锁定敌人，提高战斗机的战斗力。计算机图像处理技术，在影视行业的应用价值较高，其能够进行三维场景的构建，从而提高影片的质量，促进了影视行业的发展。

一、计算机图像处理技术与全息学概述

（一）计算机图像处理技术

随着科学技术的发展，我国的计算机技术不断提高，数字化全息技术的应用越来越广泛，成功的帮助各行各业解决诸多问题。数字化全息技术，主要是对全息成像的过程，通过数字化信号进行处理。数字化全息技术的功能，主要有全息图像的存储、信息数据的记录、以及图像的后期处理等。数字化信息技术的应用，代替了传统的全息干涉技术。计算机图像处理技术，主要是利用计算机进行图片资料收集，在进行数字化矩阵存储，最后通过计算机算法对数字矩阵进行特殊处理。计算机图像处理技术的应用比较广泛，根据应用的途径不同，需要选择对应的处理方法。计算机图像处理技术的分类，主要有以下几种：（1）数字化图像。多位数字化图像，主要是将普通意义的模拟图片，利用计算机进行数字转化。（2）增强以及复原。将不需要着重进行分析处理的部分进行弱化，降低其对主要部门的干扰，从而有针对性的对信息进行处理。（3）图像编码。编码主要是指对图像进行压缩，并保证图像的清楚与不失真，同时对图像进行简化处理，方便图像的存储。（4）图像重建。有的图像不能实际进行获取，而是要通过数据进行建设。此时需要利用图像重建功能，对图像进行模拟。（5）模式识别。主要体现在系统的密码设置，例如，人脸识别系统的建设、指纹识别技术的建设等，都需要利用模式识别。（6）计算机图形学，主要针对模糊概念的图形，现实中不存在的图像，利用此技术可以进行构建。20世纪80年代，是计算机技术发展的黄金时期，随着计算机技术的不断更新，其应用的领域越来越广，给社会带来极大的便利。计算机图像处理技术，主要应用在医学、军事、科研等领域，并且取得显著的成绩。

（二）全息学概述

全息学原理，能够应用于各种形式的波动，主要有X射线、微波、声波等，并且使得相关波动具有相干性。光全息技术，主要是在影视行业、展览活动、医疗行业、艺术品展销活动、军事侦查领域、水下侦查领域、金属内部监测、信息、文物资料的存储等方面进行应用，并且取得了良好的效果。尤其是全息摄影技术的应用，为摄影行业开辟了新的发展领域。全息摄影技术，主要发明于20世纪60年代，物理学家尤里.丹尼苏克其通过全彩全息图像技术，制作出聚酯软胶片上面的“彩虹”全息图像。例如，某些信用卡，以及相关的纸币，其中就利用了尤里.丹尼苏克的全彩全息图像技术。全息图像的呈现，主要是通过复杂的印刷，具有防伪的作用。主要是由于其感光度比较低，不法分子无法得到以假乱真的作用。对于全息识别设备的制作，诸多研究学者采用重络酸盐胶进行感光剂制作。此种设备主要适用于战斗机，其可以帮助驾驶员锁定敌人目标，并拍摄一些珍贵的历史资料，记录紧急的瞬间。其能够真实的再现当时的场景，将历史文物进行立体化展现，极大程度的提高视觉效果。具有记录历史文物，保护秘密资料的作用。大型的全息图，能够对轿车、卫星、以及三维立体广告，对于商业领域而言，具有较高的使用价值。利用脉冲全息技术，能够建立人物模型，将人物形象清晰的呈现。例如，人物肖像、结婚纪念照等。小型的全息图，可以用来制作特殊的饰品，并且能够呈现卡通人物、明星、植物等图像。模拟彩虹全息图，能够制作卡通动漫、贺卡等，同时可以作为防伪商标，抑制在商品身上。模拟彩虹全息图，是21世纪的新技术，其能够展示在书籍中，突破了印刷技术的新界限。模压全息标识，其具有强烈的三维层次感，并且会跟随观察角度的不同，而展示不同的图像。全息学技术，内容十分广泛，并且在不断的研发过程中，未来全息学技术会有更大的发展，为社会创造更大的利益。

（三）计算机处理技术与全息学的关联

计算机图像处理技术，与全息学技术具有一定的联系，而全息技术主要是发展3D全息成像技术。3D全息成像技术，能够形成立体的图像，其主要是将空气作为媒介，通过干涉与衍射进行立体成像投射。其能够将现实中的场景进行立体还原，在影视行业的使用价值极高。3D全息成像技术，主要是将3D图像信息进行记录，再通过计算机进行系统还原，从而达到情景再现的目的。3D全息成像技术，能够带给人3D视觉体验效果，带给人不一样的观看体验。由此可见，全息技术具有良好的市场发展前景，具有极大的研究价值。

二、计算机图像处理技术应用环节分析

（一）全息技术在物理学工作中的应用

全息技术，在物理学工作中的应用比较广泛，并且随着计算机技术与CCD技术的发展，全息技术也在不断更新完善。全息技术的发展，主要是传统光学全息到数字全息的过程。传统光学全息，主要是物光与参考光进行全息图片记录，从而去进行光的振幅与相位信息的应用。而数字全息技术，主要是对物体进行CCD记录与参考光记录，从而形成数字全息图，再通过计算机图像处理技术进行处理，从而形成全息图。数字全息技术的发展，受到CCD技术的影响较大，CCD技术的发展，能够促进数字全息技术的进步。计算机图像处理技术，在各行各业的应用比较广泛。图像的种类较多，例如，实体图像、虚拟图像等。根据图像种类的不同，需要采取对应的图像处理技术。模拟图像，能够对光学图像、电视图像、照相图像等进行处理，并且处理速度很快，但是灵活性较差。计算机图像处理技术，在物理学的应用比较广泛，并且引起了各个企业的关注。例如，微软公司的数字家庭平台建设，主要是利用计算机图像处理技术；国家文字识别系统的建设，同样是采用计算机图像处理技术。计算机图像处理技术，对于人们生活、工作、国家军防等都具有重大的影响。随着计算机图像技术的发展，会给人类的生活带来更大的改变。

（二）宏观层面的计算机图像处理技术

从宏观的层面来看，计算机图像处理技术，主要是利用计算机对图像进行处理，目的是达到需求的效果。计算机处理技术的应用比较广，并且在应用中交叉渗透。例如，在工业生产、生物医学、职能控制等方面的应用。计算机处理技术，主要是对数字图像进行处理、分析、以及理解，从而实现图像处理的数字化表达。计算机图像处理技术，主要是对图像进行空间领域的处理、压缩处理、以及分割处理等。图像处理过程中，需要应用相关程序，从而去提高图像处理的效果，其中涉及到编程语言，并且应用的编程语言种类较多。例如，IPP、MTL 等函数库，其中包括了诸多图像处理的过程，应用此程序能够给操作人员带来极大便利。Photo－shop等程序软件，其能够使得计算机图像处理技术简单化，从而方便工作人员操作，提高工作效率。

（三）实践过程中的计算机图像处理技术

计算机图像处理技术，在实际应用过程中，需要对图像进行预处理。此过程主要应用到模式识别、以及计算机视觉，主要的作用是挖掘内部深层次的数据信息。识别模式，主要应用在监控环节、预测环节、以及智能识别环节等。计算机图像处理技术，在实际中的应用十分普遍。例如，智能交通、企业的人脸识别打卡、远程监控等，都需要计算机图像处理技术进行支持。计算机图像处理技术，能够对虚拟图像进行分析，主要是利用数字化技术，将模拟的场景进行展现，从而去达到真实的视觉效果。此项技术在影视行业的应用比较广泛，例如，3D电影的制作，三维模型的构建等。计算机图像处理技术，能够与通信技术、多媒体技术等联合使用，增强系统功能，从而取得更大的突破。

三、计算机图像处理技术在全息学中的应用

（一）计算全息

计算机图像处理技术，在全息学中的应用，主要包括两方面：计算全息与图像的增强与复原。计算全息的目的，主要是为获得全息图。其主要的操作过程是，利用计算机图像处理技术与光全息技术，二者相互融合对图像进行处理、计算、制作，最后形成全息图的过程。

（二）图像的增强与复原

图像的增强与复原，主要是利用图像编码技术，对数字全息图进行优化，从而提高全息图的画面质量，实现相关算法。图像编码技术的应用，主要包括以下两方面：（1）空域法，主要是将图像看作平面中各个像素的集合，再对维度函数进行处理。空域法，主要包括领域处理法以及点处理法。领域处理法，分为梯度运算、拉普拉斯算子运算等。点处理法主要包括灰度处理、面积、周长、体积、重心运算等。（2）频域法，主要是对图像进行正交转换，从而得到数字列阵，在一一进行处理。处理完的图像在返回转换的空间域，从而得到处理结果。频域法，主要包括滤波、数据压缩、特征提取等。对于动态3D图像的处理，主要是应用于军事领域，并且对军事发展具有促进作用。

（三）模拟实验

模拟试验，主要是利用 matlab 软件，利用计算机图像处理技术，去模拟计算全息，以及全息图的形成过程。通过matlab 软件去进行计算全息的制作、并且将其再现。如下表1所示，计算全息的流程表。

表1 计算全息图的制作流程

试验主要是利用matlab 程序设计语言，去进行全息图的制作。分别是制作全息图的原始图样、离散后的参考光波频谱、制作好的全息图频谱、以及计算全息的再现图。原始物图，其尺寸大小为1024 像素×1024 像素。模拟实验的具体数据信息为：激光模拟了氦氖激光器，其波长是641.2nm。再现的距离为41cm。通过试验可知，数字全息的处理过程，则是计算机图像处理技术，在全息学中应用的过程。主要是利用计算机图像处理技术，对全息图的信息进行记录，对物光与参考光进行记录，从而去实现全息图的从现。在通过图像增强与复原对全息图进行处理，提高全息图的质量，对图像进行消声处理，从而更好的实现全息图的重现。计算机图像处理技术，在全息学中的应用范围很广，不仅是对全息图进行处理，还涵盖其它方面。因此，计算机图像处理技术的发展，能够促进全息技术的发展。

计算机图像处理技术，在全息学中的应用，主要是计算全息与全息图的形成过程。全息技术在各行各业的应用比较广泛，并且取得了一定的成果。例如，美国科学研究所，制定了一项计划，主要利用的原理是3D高清成像，需要全息技术进行支持。美国亚利桑那州光学科学学院，组织科研成员成立研究组织，主要的目的是利用3D成像快速的获得清晰完整的图像，并且研究的成果应用与军事领域，从而去提高美国的军事战斗能力。通过全息技术能够实现3D高清成像，其能够在军事训练中进行使用。3D成像能够同时展现诸多复杂的数据，成功超越了2D图像的效果。研究小组利用全息摄影术，将物体、场景进行信息数据存储，此项研发对于重要数据的保存，历史资料的存储具有重要意义。利用全息技术，制造的全息视频设备，在商业领域的应用价值较高，其系统结构被称之为类全息。主要是由于其在全动态、全彩全息视频的效果一般。对于此项技术的研究，马萨诸塞技术学院的研究结果更好，其发明了3D“电视”系统，成功的提高了视频电视的清晰度。计算机图像处理技术、全息技术的发展，会给人类科研领域带来新的突破，能够促进各行各业的发展。

综上所述，计算机图像处理技术与全息学概述，主要包括计算机图像处理技术，全息学概述，以及计算机处理技术与全息学的关联。计算机图像处理技术应用环节分析，主要包括实践过程中的计算机图像处理技术，宏观层面的计算机图像处理技术，以及全息技术在物理学工作中的应用。计算机图像处理技术在全息学中的应用，主要有计算全息、图像的增强与复原、以及模拟实验。计算机图像处理技术在全息学中的应用，主要是将二者的技术进行融合，从而实现全息图的形成。

作者单位：杰创智能科技股份有限公司