Počítačem generovaná obrazová holografie

Ing. Petr LOBAZ

Doctoral thesis

Computer generated display holography

Abstract:

Holography is a lensless imaging method capable of producing ultra-realistic 3-D images. In addition, it has many technical applications, for example in microscopy or non-destructive testing. Holography is a two-step process. It consists of hologram recording and hologram reconstruction. Digital holography tries to utilize digital devices such as electronic sensors or computers in one or both steps. Computer generated display holography is a special branch of digital holography. It tries to make a digital hologram of a synthetic scene computationally. It can be thought as an extension of computer graphics, which tries to make a digital image of a synthetic scene. This thesis discusses one of the most fundamental part of digital holography - calculation of coherent light propagation in free space. In particular, it analyses two widely used methods for calculation of light propagation between parallel planes - the convolution method and the angular spectrum decomposition method. The most important part of the thesis analyses their proper discretisation. In addition, it analyses the convolution method, shows its limitations and suggests a way how to overcome them. Additionally, the thesis discusses influence of rounding errors in light propagation calculations. It also suggests a look-up table based method that accelerates calculation of light propagation between parallel planes or between a point cloud and a plane. Moreover, the method also reduces rounding errors significantly. The method is especially applicable in computer generated display holography.

Abstract:

Holografie je speciální zobrazovací metoda umožňující záznam vysoce realistického 3-D obrazu. Navíc má nespočet technických aplikací, například v mikroskopii nebo nedestruktivním testování. Holografie je dvoustupňovým procesem. Skládá se ze záznamu hologramu a jeho rekonstrukce. Digitální holografie usiluje o využití digitálních prostředků, jako jsou elektronické obrazové snímače nebo počítače, v jednom kroku nebo v obou krocích. Počítačem generovaná obrazová holografie je odvětvím digitální holografie. Jejím cílem je tvorba digitálního hologramu syntetické scény výpočetními prostředky. Může být chápána jako rozšíření počítačové grafiky, která ze syntetické scény tvoří digitální obraz. Tato práce pojednává o jednom z nejdůležitějších problémů digitální holografie, o výpočtu šíření koherentního světla volným prostorem. Konkrétně analyzuje dvě široce používané metody výpočtu šíření světla mezi dvěma rovnoběžnými rovinami - konvoluční metodu a metodu rozkladu do úhlového spektra. Nejdůležitější část práce analyzuje jejich korektní diskretizaci. Navíc důkladně analyzuje konvoluční metodu, ukazuje její omezení a navrhuje způsoby, jak se jim vyhnout. Práce také pojednává o vlivu zaokrouhlovacích chyb při výpočtu šíření světla. Dále navrhuje metodu založenou na vyhledávacích tabulkách, která urychluje výpočet šíření světla mezi rovnoběžnými rovinami nebo mezi množinou bodových zdrojů světla a rovinou. Tato metoda navíc značně omezuje diskutovaný vliv zaokrouhlovacích chyb. Metoda najde využití především v počítačem generované obrazové holografii.

Keywords

holografie, digitální holografie, počítačem generovaná obrazová holografie, fourierovská optika, propagace světla

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 3. 4. 2017

Accessible from:: 31. 12. 2999

Thesis defence

University of West Bohemia

Faculty of Applied Sciences

Doctoral programme / field:
Computer Science and Engineering / Computer Science and Engineering