专利名称：一种用于生成全息干涉条纹的方法及系统的制作方法
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(I)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。上述数字干涉条纹全息拍摄系统可将一数字图像转化为BMP灰度位图和BMP彩色位图(该BMP指代一种图像格式，该图像格式为本领域所公知)，之后利用该BMP灰度位图和BMP彩色位图生成全息干涉条纹，将该全息干涉条纹缩小并记录在涂布光致抗蚀剂的玻璃板上，最终得到所述数字图像的全息图。然而，该全息图难以具有很强的立体效果。
发明内容
为解决现有的数字干涉条纹全息拍摄系统制作的全息图难以具有很强的清晰立体浮雕效果的缺陷，本发明特提供一种可使得全息图具有很强的立体效果的用于生成全息干涉条纹的方法及系统。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灰度位图和BMP彩色位图；通过定义一干涉条纹角度范围与256个灰度之间的对应关系，生成一灰度遮罩图，该灰度遮罩图的像素与所述BMP灰度位图和BMP彩色位图的像素一一对应；以及利用所述BMP灰度位图、BMP彩色位图以及灰度遮罩图，生成所述数字图像的全息干涉条纹。
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灰度位图和BMP彩色位图；灰度遮罩图生成模块，用于将通过定义一干涉条纹角度范围与256个灰度之间的对应关系，生成一灰度遮罩图，该灰度遮罩图的像素与所述BMP灰度位图和BMP彩色位图的像素一一对应；以及全息干涉条纹生成模块，用于利用所述BMP灰度位图、BMP彩色位图以及灰度遮罩图，生成所述数字图像的全息干涉条纹。本发明可自定义一干涉条纹角度范围与256个灰度之间的对应关系，生成一具有一定灰度层次的灰度遮罩图，该灰度遮罩图可控制一数字图像的全息干涉条纹中位于所述干涉条纹角度范围内的全息干涉条纹的角度变化，使得所述干涉条纹角度范围内的干涉条纹的角度变化更为精细、微妙可变，从而使得所述数字图像的全息图具有很强的立体浮雕纹理的效果。用户可自行定义所述干涉条纹角度范围，以使得制作出的全息图可达到用户所欲达到的立体浮雕效果。
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I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为采用灰度遮罩图与不采用灰度遮罩图的全息对比示意图；图3为采用灰度遮罩图与不采用灰度遮罩图所生成的全息干涉条纹对比示意图；以及图4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。
具体实施例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I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I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灰度位图和BMP彩色位图；通过定义一干涉条纹角度范围与256个灰度之间的对应关系，生成一灰度遮罩图，该灰度遮罩图的像素与所述BMP灰度位图和BMP彩色位图的像素一一对应；以及利用所述BMP灰度位图、BMP彩色位图以及灰度遮罩图，生成所述数字图像的全息干涉条纹。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灰度位图和BMP彩色位图是很容易的，可通过专业的软件实现。BMP彩色位图定义了全息干涉条纹的密度，BMP灰度位图定义了全息干涉条纹的角度。全息干涉条纹的密度与角度为该全息干涉条纹的两大特性，通过数字图像的BMP灰度位图和BMP彩色位图，便可定义出该数字图像的全息干涉条纹的密度和角度，从而可得到该数字图像的全息干涉条纹。以下对BMP彩色位图的颜色与全息干涉条纹的密度之间的对应关系以及BMP灰度位图的灰度与全息干涉条纹的角度之间的对应关系进行说明。
具体而言，红-橙-黄-绿-青-蓝-紫7色光谱色彩依次均匀对应从700线/mm-1400线/mm密度不同的全息干涉条纹，如红色R255G0B0对应密度为700线/mm的全息干涉条纹；橙色R255 G127 BO对应密度为814线/mm的全息干涉条纹；黄色R255 G255 BO对应密度为928线/mm的全息干涉条纹；绿色R255 GO BO对应密度为1042线/mm的全息干涉条纹；青色R255 G255B0对应密度为1156线/mm的全息干涉条纹；依次类推。其他不同颜色以此基本规律对应不同密度的全息干涉条纹。BMP彩色位图中每一像素的颜色均与该像素的全息干涉条纹的密度之间存在一一对应的关系。BMP灰度位图具有256个灰度，该256个灰度均匀覆盖了从O度到180度的干涉条纹角度范围。BMP灰度位图的一个灰度变化对应于全息干涉条纹O. 703度的角度变化，例如，BMP灰度位图中一像素的灰度为0，则该像素所对应的全息干涉条纹的角度为O度；BMP灰度位图中一像素的灰度为1，则该像素所对应的全息干涉条纹的角度为O. 703度；BMP灰度位图中一像素的灰度为2，则该像素所对应的全息干涉条纹的角度为O. 1406度，以此类 推。BMP灰度位图中每一像素的灰度均与该像素的全息干涉条纹的角度之间存在一一对应的关系。所述灰度遮罩图具有256个灰度，且对应于一干涉条纹角度范围，因此，该灰度遮罩图定义了所述干涉条纹角度范围与256个灰度之间的对应关系。在该灰度遮罩图中，其中，在所述灰度遮罩图中，白色代表最高的凸起，黑色代表平面，介于白色与黑色之间的中间灰度代表介于所述最高的凸起与平面之间的不同高度的凸起，不同的灰度变化代表不同的干涉条纹角度变化，也代表了不同的视觉高度变化。例如，该灰度遮罩图可定义以下对应关系干涉条纹角度范围0-2度对应于256个灰度，即将一大角度范围0_2度划分为256个小角度，O度为平面，2度对应的视觉高度估计值为O. 6mm ；干涉条纹角度范围0-4度对应于256个灰度，即将一大角度范围0_4度划分为256个小角度，O度为平面，4度对应的视觉高度估计值为I. 2mm ；干涉条纹角度范围0-8度对应于256个灰度，即将一大角度范围0_8度划分为256个小角度，O度为平面，8度对应的视觉高度估计值为I. 8mm ；干涉条纹角度范围0-10度对应于256个灰度，即将一大角度范围0_10度划分为256个小角度，O度为平面，10度对应的视觉高度估计值为2. 4mm ；干涉条纹角度范围0-12度对应于256个灰度，即将一大角度范围0_12度划分为256个小角度，O度为平面，12度对应的视觉高度估计值为3. Omm ；......以此类推。所述干涉条纹角度范围可根据所述数字图像以及所欲达到的立体效果而定。例如，所述干涉条纹角度范围可选0-3度，亦可选0-90度，相较于0-180度，两者均可使得此干涉条纹角度范围内的干涉条纹角度变化更为精细，相较于0-3度，选用0-90度时分割后得到的角度变化更大一些。通过改变干涉条纹角度范围，可达到不同的视觉高度效果，对于低的立体浮雕感而言，干涉条纹角度变化小，对于高的立体浮雕感而言，干涉条纹角度变化大。任一干涉条纹角度范围均可实现256个不透角度分级，这样可实现精细干涉条纹角度变化的浮雕、立体等效果。简而言之，所述灰度遮罩图可改变现有技术中根据BMP灰度位图和BMP彩色位图生成的全息干涉条纹中处于所定义干涉条纹角度范围内的全息干涉条纹的角度，使该干涉条纹角度范围内的全息干涉条纹的角度变化更为精细，从而达到所欲达到的立体效果。然而，并非所有的数字图像均是干涉条纹角度变化越精细越好，需考虑到该数字图像的整体全息效果，干涉条纹角度范围的选择需根据具体的数字图像以及所欲达到的立体效果而定，可选择0-180度中的任一角度区间。一般而言，所述干涉条纹角度范围可为0-12度中的一角度区间。图2为采用灰度遮罩图与不采用灰度遮罩图的全息对比示意图，图3为采用灰度遮罩图与不采用灰度遮罩图所生成的全息干涉条纹对比示意图。如图2所示，该图示出了利用一 BMP彩色位图与一 BMP灰度位图生成全息干涉条纹，之后根据该全息干涉条纹得到全息效果图。未加灰度遮罩图所生成的全息干涉条纹是平行的，而在加灰度遮罩图所生成的全息干涉条纹中，于灰度遮罩图所定义的干涉条纹角度范围内的全息干涉条纹呈圆周向角度变化(具体可参见图3)，该变化使得根据该干涉条纹角度范围内的全息干涉条纹变化较为精细，可使得最终得到的全息效果图具有很强的立体感。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4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4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灰度位图和BMP彩色位图；灰度遮罩图生成模块200，用于将通过定义一干涉条纹角度范围与256个灰度之间的对应关系，生成一灰度遮罩图，该灰度遮罩图的像素与所述BMP灰度位图和BMP彩色位图的像素一一对应；以及全息干涉条纹生成模块300，用于利用所述BMP灰度位图、BMP彩色位图以及灰度遮罩图，生成所述数字图像的全息干涉条纹。其中，在所述灰度遮罩图中，白色代表最高的凸起，黑色代表平面，介于白色与黑色之间的中间灰度代表介于所述最高的凸起与平面之间的不同高度的凸起，不同的灰度变化代表不同的干涉条纹角度变化，也代表了不同的视觉高度变化。所述干涉条纹角度范围需根据所欲达到的立体效果而定。一般而言，所述干涉条纹角度范围可为0-12度中的一角度区间。有关该灰度遮罩图的描述可参阅以上有关用于生成全息干涉条纹的方法的内容，于此不再赘述。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，通过使用本发明的用于生成全息干涉条纹的方法及系统，用户可定义一灰度遮罩图，限定一干涉条纹角度范围，改变一数字图像的全息干涉条纹位于该干涉条纹角度范围内的全息干涉条纹的角度变化，使得该干涉条纹角度范围内的全息干涉条纹的角度变化得更为精细，从而达到立体浮雕纹理效果。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。
权利要求
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灰度位图和BMP彩色位图； 通过定义一干涉条纹角度范围与256个灰度之间的对应关系，生成一灰度遮罩图，该灰度遮罩图的像素与所述BMP灰度位图和BMP彩色位图的像素一一对应；以及 利用所述BMP灰度位图、BMP彩色位图以及灰度遮罩图，生成所述数字图像的全息干涉条纹。
2.根据权利要求I所述的方法，其中，在所述灰度遮罩图中，不同的灰度变化代表不同的干涉条纹角度变化，也代表不同的视觉高度变化。
3.根据权利要求I所述的方法，其中，所述干涉条纹角度范围根据所述数字图像以及 所欲达到的立体效果而定。
4.根据权利要求I所述的方法，其中，所述干涉条纹角度范围为0-12度中的一角度区间。
5.一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灰度位图和BMP彩色位图； 灰度遮罩图生成模块(200)，用于将通过定义一干涉条纹角度范围与256个灰度之间的对应关系，生成一灰度遮罩图，该灰度遮罩图的像素与所述BMP灰度位图和BMP彩色位图的像素对应；以及 全息干涉条纹生成模块(300)，用于利用所述BMP灰度位图、BMP彩色位图以及灰度遮罩图，生成所述数字图像的全息干涉条纹。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，在所述灰度遮罩图中，不同的灰度变化代表不同的干涉条纹角度变化，也代表不同的视觉高度变化。
7.根据权利要求5所述的系统，其中，所述干涉条纹角度范围根据所述数字图像以及所欲达到的立体效果而定。
8.根据权利要求5所述的系统，其中，所述干涉条纹角度范围为0-12度中的一角度区间。
全文摘要
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灰度位图和BMP彩色位图；通过定义一干涉条纹角度范围与256个灰度之间的对应关系，生成一灰度遮罩图，该灰度遮罩图的像素与所述BMP灰度位图和BMP彩色位图的像素一一对应；以及利用所述BMP灰度位图、BMP彩色位图以及灰度遮罩图，生成所述数字图像的全息干涉条纹。本发明可自定义一干涉条纹角度范围与256个灰度之间的对应关系，使得该干涉条纹角度范围内的干涉条纹的角度变化更为精细、微妙可变，从而使得制作出的全息图具有很强的立体浮雕纹理的效果。
文档编号G03H1/04GK102722095SQ201110078759
公开日2012年10月10日 申请日期2011年3月30日 优先权日2011年3月30日
发明者吴涛, 苏昊, 谈学能 申请人:武汉思臻光信息科技有限公司