Intensity correlation holography for remote phase sensing and 3D imaging
针对弱照明远程物体全息成像受相干时间限制的问题，提出用强度关联干涉测量融合任意数量随机相移全息图，并在约3米距离实现无主动稳相的相位成像与三维重建。
2023-12-11 physics.optics
Ultranarrow-linewidth Wavelength-Vortex Metasurface Holography
本文提出超窄线宽波长-涡旋复用超表面全息术，结合色散工程与transformer神经网络，实现118个独立通道和2nm线宽，并应用于全息视觉密码学大幅提升安全性。
2024-08-29 physics.optics
Jones matrix holography with metasurfaces
我们提出了一类新的计算机生成全息图，其远场具有设计者指定的偏振响应。我们把这些琼斯矩阵全息图。我们提供了一个简单的程序，他们的实施使用形式双折射元表面。琼斯矩阵全息术用一个一致的数学框架概括了过去的大量工作，特别是在元表面领域，并提出了以前未实现的设备，其中的例子在这里演示。特别是，我们展示了全息图，其远场实现平行偏振分析和自定义波片样的行为。
2020-12-29 physics.optics
Vectorial wavefront holography based on a polarisation-insensitive hologram
偏振全息术通常需要偏振敏感全息图来重建偏振复用全息图像或偏振敏感图像通道。到目前为止，偏振全息术是由琼斯矩阵方法支持的，该方法使用双折射全息图，包括超颖表面全息图，将偏振控制限制在正交偏振状态。在这里，我介绍了一个新的概念，矢量波前全息利用波前整形的结构矢量光束。我将表明，相位全息图可以用来定制矢量光束在动量空间中的偏振干涉，创建任意偏振态，包括但不限于线性，圆形，方位角和径向偏振。这为全息图像中任意偏振分布的多路复用生成提供了前所未有的机会。所展示的矢量波前全息术提供了灵活的偏振控制，而不使用双折射光学材料，这可能会发现在偏振成像，全息加密，全息数据存储，多视图显示，全息斯托克斯计和偏振测量的应用。
2022-01-20 physics.app-ph physics.optics
Optimization methods for in-line holography
我们提出了一个程序来重建物体从全息记录在同轴全息设置。工作与一束偏振光，拓扑衍生物和能量的泛函量化全息图偏差产生预测的数量，位置，形状和大小的对象与纳米分辨率。当物体的介电常数未知时，我们通过参数优化技术来近似它。迭代程序结合拓扑场的几何校正和参数优化锐化的初始预测。此外，我们设计了一种策略，利用测得的全息图产生的全电场（振幅和相位）在屏幕上的全息图被记录的数值近似。采用这种电场近似的泛函的形状和参数优化也产生全息对象的图像。
2018-04-04 physics.optics
Nonlinear Metamaterials for Holography
全息图是存储相位和可能的振幅信息的光学元件，其使得能够通过相干光束的照射和散射来重建物体的三维图像，并且图像在与输入激光束相同的波长下生成。近年来，研究表明，信息可以存储在纳米天线中，从而产生纳米组件。在这里，我们展示了非线性多层超材料全息图，其中通过三次谐波产生的非线性过程，在照明光束的三次谐波的新频率下形成无背景图像。利用多层等离子体纳米天线的电子束光刻，我们制作了偏振敏感的非线性元件，如闪耀光栅，透镜和其他计算机生成的全息图。这些全息图进行了分析和未来的设备应用前景进行了讨论。
2015-12-08 physics.optics
Motion Hologram: Jointly optimized hologram generation and motion planning for photorealistic and speckle-free 3D displays via reinforcement learning
针对传统全息显示因SLM空间带宽积受限导致的离焦与散斑问题，提出Motion Hologram，用深度强化学习联合优化单张全息图与可学习运动轨迹，实现无散斑高保真全彩3D显示。
2024-09-11 physics.optics
Solution for the finite space-bandwidth limitation in digital holography
本文提出通过角度调制分析混叠副本、上采样去除高阶衍射并结合学习去噪，实现仅用低分辨率全息图重建高分辨率图像，突破数字全息空间带宽限制。
2025-06-22 physics.optics
Six-pack off-axis holography
我们提出了一个新的全息概念，命名为六包全息（6PH），在其中，我们压缩成一个单一的多路复用离轴全息图的放大率或分辨率的损失六离轴全息图。多路复用全息图包含具有六个不同取向的直离轴条纹，并且可以光学或数字地生成。我们表明，由于六个不同的复杂波前不重叠的空间频率域，他们可以完全重建。6PH允许超过50%的空间带宽消耗相比，目前提出的最好的复用方法的改进。我们期望6PH概念可用于各种应用，例如视场复用、波长复用、时间复用、用于超分辨率成像的复用等。
2019-04-02 physics.optics
Comprehensive deep learning model for optical holography
全息术是一种重要的工具，用于从显微镜、太阳能、成像、显示到信息加密的各种应用中。全息图像的生成和使用当前算法从全息图像重构物体/全息图信息是耗时的过程。需要通用的、快速的同时精确的方法来计算在多个观察平面处执行彩色成像的全息图，并从全息图像重建物体/样本信息，以广泛地容纳光学全息图。在这里，我们专注于通过深度学习模型DOENet在多个观察平面和颜色上生成全息图像的光学全息图的设计。DOENet产生的光学全息图，显示多任务性能的多路复用彩色全息图像平面通过调整全息结构。此外，我们的深度学习模型从强度全息图像中检索对象/全息图信息，而不需要来自强度图像的相位和振幅信息。我们表明，重建的对象/全息图显示出良好的协议与地面真理。DOENet不需要物体/全息图信息的迭代重建，而传统的物体/全息图恢复方法依赖于在各个观察平面处的多个全息图像以及迭代算法。我们相信，基于DOENet的物体/全息图的重建和全息图像的生成可以加速光学全息术的广域实现。
2021-05-27 physics.app-ph physics.optics
An exploration of temporal coherence of light through holography
本文通过全息术实验探讨光的时间相干性，研究了多种非激光光源制作全息图的可行性，并利用全息图观察与显微镜扫描推导光源的相干长度。
2024-10-15 physics.optics
Dynamic high efficiency 3D meta-holography in visible range with large frames number and high frame rate based on space division multiplexing design
全息图是一种理想的裸眼三维显示方法，而计算全息（CGH）技术使虚拟物体的再现成为可能。然而，普通计算全息器件的像素尺寸较大，导致全息图的应用存在视场窄、双像、多衍射级等不足，而由亚波长结构组成的超颖表面在光的控制方面显示出巨大的潜力，适合于全息图的设计。本文对实现动态元全息图的一些有启发性的工作进行了总结。可见光范围内的高效率、高显示质量的元全息研究工作还不多见，可以显示出大帧数、高帧率、平滑的全息视频。在目前的工作中，我们展示了一种新的设计的元全息在可见光范围内的空分复用元表面的基础上，可以实现228个不同的全息帧和一个非常高的帧速率（最高帧速率，9523 FPS）。此外，超颖表面由具有高效率（超过70%）的氮化硅（SiNx）纳米柱组成。该方法不仅能满足全息显示的需要，而且适用于激光加工、光刻、双光子聚合三维成形、光学信息处理等不同的研究领域。
2019-09-12 physics.optics
Digital Holography at Shot Noise Level
通过适当的数字全息装置的布置，结合离轴几何结构和相移记录条件，在实时实验中可以达到理论上的散粒噪声极限，我们研究了这个极限，并表明它对应于用于重建全息图像的整个帧序列中的每像素1个光电子。我们还表明，Monte Carlo噪声合成到高照度下测量的全息图上，使在非常弱的照度下测量的实验全息图的准确表示。这些结果进行了实验验证。
2012-06-07 physics.optics
Fresnel incoherent correlation holography with single camera shot
菲涅耳非相干相关全息是一种基于自干涉的超分辨三维成像技术。内联配置中的FINCH需要一个有源相位调制器和至少三个相机镜头来重建没有孪生图像和偏置项的物体。在这项研究中，FINCH实现使用随机复用的双焦点二元菲涅耳波带透镜制造的电子束光刻。提出了一种改进的全息图再现机制，该机制引入了FINCH中的Single Shot能力。使用位于不同轴向位置的点物体记录点扩散全息图库，并记录物体全息图。利用点扩散全息图库对物体全息图进行去相关处理，再现物体在不同平面的像。包括生物医学光学的应用潜力进行了讨论。
2019-11-19 eess.IV physics.optics
3D Orbital Angular Momentum Nonlinear Holography
提出并实现了3D轨道角动量全息术，通过在CGH上叠加FZP替代傅里叶透镜，在铌酸锂晶体上实现低串扰、高纵向分辨率的3D多平面全息成像，使系统更紧凑且扩展了适用性。
2024-07-26 physics.optics
A Large-Depth-Range Layer-Based Hologram Dataset for Machine Learning-Based 3D Computer-Generated Holography
Korea University of Technology & Education (KOREATECH)（韩国技术教育大学（KOREATECH））
KOREATECH-CGH数据集通过引入振幅投影技术，提升了大深度范围全息图的质量，适用于机器学习驱动的3D全息图生成与评估。
2025-12-24 cs.CV physics.optics
Improvement of the image quality of random phase--free holography using an iterative method
我们提出的利用虚会聚光的无随机相位全息方法，可以在没有随机相位的辅助下获得超过全息图尺寸的大再现像。在振幅和相位全息图（相息图）中，重建图像具有低散斑噪声;然而，在低分辨率全息图中，与原始图像相比，我们获得了劣化的图像质量。我们提出了一个迭代随机无相位方法与虚拟收敛光来解决这个问题。
2015-04-06 cs.MM physics.optics
Randomness assisted in-line holography with deep learning
提出一种利用随机照明记录全息图并结合无监督深度学习自编码器去除孪生像的在线全息成像方案，实现了较传统强度全息术更高质量的定量图像重建。
2023-03-30 eess.IV physics.optics
Machine Learning Holography for 3D Particle Field Imaging
我们提出了一种新的基于学习的方法，三维粒子场成像全息。我们的方法使用了一个U-net架构，结合了剩余连接，Swish激活，全息图预处理和迁移学习，以应对粒子全息图中出现的挑战，其中精确测量单个粒子至关重要。对合成和实验全息图的评估表明，与现有方法相比，在广泛的颗粒浓度范围内，包括其他方法不适用的高密度浓度，颗粒提取率，定位精度和速度都有显着提高。我们的方法可以潜在地扩展到其他类型的具有类似功能的计算成像任务。
2019-11-03 eess.IV physics.optics
Multicolor and 3D holography realized by inverse design of single-celled metasurfaces
超表面产生的全息术已经成为一种很有前途的路线，通过使用超紧凑的设备操纵光的光学特性来完全再现生动的场景。然而，由于单个元原子的容量限制，使用单个元表面实现多个全息图像仍然是困难的。在这项工作中，我们提出了一种基于梯度下降优化的逆向设计方法，将多条全息信息编码到单个元表面中。所提出的方法允许单细胞超颖表面的逆向设计，而不需要复杂的超原子设计策略，有利于使用宽带低损耗材料的高吞吐量制造。利用所提出的设计方法，多平面RGB彩色全息图和三维全息图的设计和实验证明。多达18个不同的元表面生成的全息图像被证明，实现了一个单一的相位只有元表面的最先进的数据容量。据我们所知，我们提出了第一个实验演示的超表面生成的3D全息图，在每个平面上有完全独立和独特的图像。通过展示单个超颖表面的高密度全息信息，目前的研究结果为实际的超颖表面生成全息提供了一条可行的路线，最终走向光存储，显示和全色成像的应用。
2022-07-11 physics.optics
Impact of aberrations in SLM-based far-field holography
University of Stuttgart, Institute of Applied Optics（斯图加特大学应用光学研究所）
研究通过相机回路校准相位-only SLM，探讨远场全息中像差对图像质量和衍射效率的影响，并评估斑点对比度。
2026-02-04 physics.optics
Terahertz in-line digital holography of dragonfly hindwing: amplitude and phase reconstruction at enhanced resolution by extrapolation
我们在这里报告太赫兹（THz）数字全息术的生物标本。基于2.52THz CO2泵浦的THz激光器和热释电阵列探测器，建立了连续波THz同轴全息装置。介绍了一种新的热释电阵列探测器像素真实强度值的统计方法。从一张同轴全息图上同时再现了一只蜻蜓后翅的吸收像和相移像。此外，我们应用相位恢复程序，以消除孪生图像和提高分辨率的重建全息外推超出探测器区域。观察到的最细微特征是35 μm宽的横脉。
2014-06-24 physics.optics
Axial resolution post-processing engineering in Fresnel incoherent correlation holography
本文提出PEAR-FINCH方法，通过构建不同轴向特性的全息图库并组合重建，首次在FINCH记录后实现景深工程，实验表明其景深较直接成像和FINCH显著扩展。
2025-09-30 physics.comp-ph physics.optics
Dynamic complex opto-magnetic holography
计算机生成的全息图具有动画的三维外观，长期以来一直吸引着我们的想象力，因为它是实现具有双向自然视差的真正沉浸式显示的途径。利用液晶调制器和高分辨率，在可更新的3-D图像方面已经取得了令人印象深刻的进展，但是准静态全息图正在被记录在光敏材料中。然而，存储器的要求和计算负荷的实时，大面积全息将难以解决几十年来与当前的范例基于矩阵计算和位平面写入。在这里，我们实验证明了一个概念新颖，整体的方法，串行计算和可重复写入的计算机生成的动态全息图，无需傅立叶变换，使用最少量的计算机内存。我们使用飞秒激光脉冲在亚铁磁薄膜中的全息图案的超快光磁纪录，由单个全息点的实时硬件计算驱动。强度阈值性质的磁介质允许子衍射限制，逐点切换的样品上的任意本地化的磁点，根据所提出的圆形迂回相位编码，提供复杂的调制和对称抑制的衍射阶和共轭项全息重建的3-D图像。
2022-11-04 physics.optics
Conditional neural holography: a distance-adaptive CGH generator
提出一种距离自适应的CGH生成器，通过指定目标图像和传播距离生成全息图，兼顾生成精度与速度，性能与固定距离CNN方法相当。
2024-11-07 physics.optics
Pulsed Electron Holography
介绍了一种脉冲低能电子全息技术，可以在减少的曝光时间内记录高分辨率的全息图。因此，全息图的堆叠以脉冲模式累积，单个采集时间短至50 μs。随后，这些全息图被对准并最终叠加。由此产生的全息记录揭示了以前潜在的高阶干涉条纹，从而将干涉分辨率推向亚纳米范围。鉴于低能量电子的非破坏性特征，该方法对于脆弱生物分子的结构分析特别感兴趣。
2013-05-13 physics.bio-ph physics.ins-det physics.optics
Optical secret sharing with cascaded metasurface holography
秘密共享是用于存储高度敏感的信息（如编码数据的加密密钥）的完善的密码原语。它描述了将一个秘密分成不同份额的问题，而不向其股东透露有关该秘密的任何信息。在这里，我们展示了一个全光学的解决方案，秘密共享的基础上元表面全息。在我们的概念中，超表面全息图被用作空间上可分离的共享，其以全息图像的形式携带加密消息。其中两个份额可以通过将它们靠近在一起而重新组合。穿过这一叠超颖表面的光积累了两个全息图的相移，并且可以高保真地光学重建秘密。另一方面，由单个元表面生成的全息图可以用于识别每个股东。此外，我们证明了两个堆叠的超颖表面全息图之间的固有平移对准灵敏度可以用于空间复用，其可以进一步扩展以实现光学标尺。
2021-10-07 cs.CR physics.optics
Optical Fourier Surfaces for Free-Space Computer-Generated Holography
ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）
研究用于自由空间计算机生成全息术的光学傅里叶表面，利用其任意波浪形表面，展示基于正弦透镜和光栅的线性设计、迭代傅里叶变换算法及机器学习逆设计三种策略，结合热扫描探针光刻与灵活设计，为光子应用创建有用结构。
2026-07-13 physics.optics
Resolution enhancement in in-line holography by numerical compensation of vibrations
光学系统部件的机械振动是相干成像系统中干涉图样模糊的原因之一。这个问题在全息术中特别重要，其中再现物体的分辨率取决于全息图的有效尺寸，即干涉图案的范围和干涉条纹的对比度。讨论了振动、全息对比度和再现物体之间的数学关系。我们展示了如何振动可以后过滤出全息图或从重建的对象假设高斯分布的振动。我们还提供了一个数值例子的方向运动模糊的补偿。我们证明了我们的方法，光的光学和电子全息图，收购与两个，平面波以及球面波。作为这样的全息图去模糊的结果，再现物体的分辨率被增强了几乎2倍。我们相信，我们的方法开辟了一个新的场地后，实验分辨率增强在线全息适应丰富的数据库/目录的运动去模糊算法开发的摄影和图像恢复应用。
2017-08-10 physics.comp-ph physics.data-an physics.optics
Bell-State Quantum Holography with Metasurfaces
本文实验实现贝尔态量子全息术，利用偏振复用超表面在纠缠光子对中编码全息图像，并提出量子全息层析技术逐像素重建密度矩阵，为高维量子通信与信息处理提供可扩展方案。
2025-11-10 physics.optics quant-ph
Green's Function Formalism of Holography with Arbitrary Mass, Spin, and Dimensionality
在这项工作中，我们提出了一个数学描述如何可以产生和读取薄全息图。我们使用不同种类的波，如标量、矢量（电磁场、麦克斯韦-普罗卡场、声波等）。对于全息图的读取，我们使用格林函数形式主义。借助计算机模拟，我们调查的最简单的情况下，由这个程序创建的像差：二维标量波的情况。
2011-09-23 physics.optics quant-ph
Shot Noise in Digital Holography
本文讨论了离轴外差全息术中的噪声。我们表明，对于一个弱信号，噪声占主导地位的散粒噪声的参考光束。对于用于构建数字全息图的整个图像序列，该噪声对应于每个像素一个光电子的信号束上的等效噪声。
2012-06-07 physics.optics
Coloured Digital Terahertz Holography Within 1.39-4.25 THz range
本研究实现1.39-4.25 THz频段的彩色数字太赫兹全息术，采用多频光泵浦分子太赫兹激光器记录全息图，结合相移方法去除DC项与共轭光束干扰以提升重建质量，可用于低吸收物体如堆叠石墨烯层的检测。
2023-11-07 physics.optics
Real-time digital holography of the retina by principal component analysis
我们证明了高品质的数字全息术的人类视网膜的实时快速相机和商品计算机硬件的可行性。高吞吐量渲染的数字菲涅耳全息图从光学获取的线内干涉图进行结合时间解调的全息图序列投影到数据导出的基础上，以区分本地窄带相干检测对比度，主要是由于血流和光学吸收，从虚假的干涉贡献。数字全息图是从16位、1024 × 1024像素的干涉图的持续输入流中计算出来的，这些干涉图以每秒500帧的速度记录下来，并通过主成分分析进行处理。这种时间信号解调方案包括在堆栈的32个连续的全息图投影到通过其时滞协方差矩阵的本征分解计算的基础上，它是每秒20次与商品计算机硬件执行。
2020-04-02 eess.IV physics.ins-det physics.med-ph
Four dimensional phase unwrapping of dynamic objects in digital holography
我们提出了一种新的四维相位展开方法的时间推移定量相位显微镜，它允许重建的光学厚的物体，光学薄在一定的时间点和角度的看法。因此，我们使用所获取的动态定量相位分布的所有四个维度，除了x-y维度之外，还包括角度维度和时间维度。我们首先展示了这种算法在模拟数据上的能力，使重建质量相对于地面实况和现有的展开方法的量化成为可能。然后，我们证明了所提出的四维相位展开算法的适用性，通过实验捕获的双角度动态离轴全息图，同时记录两个角度的意见，使用复用的两个离轴全息图成一个单一的复用全息图。
2019-09-03 eess.IV physics.optics
Complete amplitude and phase control of light using broadband holographic metasurface
利用光的振幅和相位信息重建光的轮廓，称为全息术，是一种有吸引力的显示三维图像的光学技术。由于理想全息图的基本要求，振幅和相位的亚波长控制是至关重要的。然而，传统的全息装置受到其在可见光的振幅和相位两者中的不完全调制的有限能力的影响。在这里，我们提出了一种新的超颖表面，能够完全控制的幅度和相位分布的可见光独立的亚波长空间分辨率。基于潘查拉特南-贝瑞相的扩展概念，使用X形亚原子实现了幅度和相位的同时、连续和宽带控制。首次实现了具有亚波长分辨率的完整复振幅全息图的实验演示，并与传统的纯相位全息图相比，显示出显著的信噪比。我们的超颖表面具有多方面的优势，具有非凡的控制能力，为理想的全息术铺平了道路，这有望成为光学全息术和超颖表面领域的重大进步。
2017-06-29 physics.optics
Is multiplexed off-axis holography for quantitative phase imaging more spatial bandwidth-efficient than on-axis holography?
数字全息显微镜是一种蓬勃发展的成像方式，吸引了相当大的研究兴趣，因为它不仅能够创建出色的无标记对比度，而且还提供了有价值的物理信息的密度和尺寸的样品与纳米级的轴向灵敏度。目前存在三种基本的全息记录几何结构，包括同轴、离轴和稍微离轴全息，它们中的每一种都能够在带宽使用和压缩容量方面实现各种架构。具体来说，离轴全息术和稍微离轴全息术允许空间全息图复用，从而能够将更多信息压缩到同一数字全息图中。在本文中，我们定义了一个效率得分用于分析各种可能的架构，并比较使用它们中的每一个获得的信噪比和均方误差，确定最佳的全息方法。
2019-03-28 eess.IV physics.optics
Hologram generation using attention for Fraunhofer diffraction
University of Cambridge（剑桥大学）
本文提出利用自注意力机制建模远场全息成像中的全局耦合结构，实现单次拍摄高保真相位全息生成，并结合相机-in-the-loop训练和可学习相位校正器实现适应性光波控制。
2026-10-28 physics.optics
Single-pixel digital "ghost" holography
自其发现以来，“鬼”衍射现象已成为一种非传统的光学成像技术，具有非常有前途的优势。然而，提取结构化和真实物体的强度和相位信息仍然是一个挑战。在这里，我们表明，通过采用标准数字全息术的概念，可以用单像素配置记录“幽灵”全息图。提出的零差方案使相位成像具有纳米深度分辨率、三维聚焦能力，并且显示出高的信噪比。
2013-05-30 physics.optics
True 3D reconstruction in digital holography
我们研究的性质，获得的3D图像的重放（或反向传播）的对象波从全息记录平面的原始对象体积。虽然全息图的记录涉及将信息从3D体积传输到2D检测器平面，但全息图的重放涉及从少得多的2D检测器像素在一组3D体素中创建信息，这乍一看似乎令人惊讶。我们指出，全息图重放过程是全息图形成过程的厄米转置（而不是逆），因此仅提供了对原始3D目标函数的近似。与此厄米转置属性的知识，我们展示了如何可以实现真正的三维图像重建通过正则化优化算法。本文给出的这种优化方法的数值例子表明，在弱散射近似下，原始物体的切片层析3D重建效果很好。特别地，重建的3D图像场在原始对象不存在的体素处具有接近零的数值。我们注意到，这种3D图像重建不能通过传统的物理重放过程来实现。在这个意义上，所提出的用于数字全息图像重建的方法超越了数字地模仿传统的基于膜的全息重放。这种重建方法在数字全息成像系统中有潜在的应用前景。
2020-04-16 eess.IV physics.optics
Multiplexing 200 modes on a single digital hologram
光的空间形状的按需剪裁在各种各样的研究领域中具有很大的相关性。计算机控制的设备，如空间光调制器（SLM）或数字微镜设备（DMD），为此提供了非常准确，灵活和快速的全息手段。值得注意的是，数字全息术提供了同时产生多个光束（复用），这是一种在许多领域具有众多应用的工具。在这里，我们提供了一个关于光束复用的独立教程。通过几个实例，逐步引导读者了解光束整形和复用的过程。此外，对SLM的复用能力进行了定量分析，对单个SLM上可以复用的最大光束数进行了分析，在单个全息图上显示了大约200种模式。
2017-06-19 physics.optics
High-speed full-color computer-generated holography using a digital micromirror device and fiber-coupled RGB laser diode
本研究提出一种使用数字微镜器件和光纤耦合RGB激光二极管的高速全彩计算全息方法，通过时分复用和平面波补偿实现高真实感三维视频显示。
2023-10-16 cs.GR physics.optics
Single Shot Digital Holography Using Iterative Reconstruction with Alternating Updates of Amplitude and Phase
本文提出了一种利用迭代重建交替更新的方法来改善Single Shot数字全息图的振幅和相位重建。这种方法允许灵活地将不同的先验应用于幅度和相位，改善了具有低幅度的图像区域中的相位重建，并且不需要用于正则化的相位展开。体模仿真和光栅样品的实验测量都表明，所提出的方法有助于降低噪声和解决更精细的功能。该技术对数字全息重建图像的改善将有利于数字全息的许多应用。
2016-10-02 physics.optics
HoloGen: An open source toolbox for high-speed hologram generation
微软HoloLens等混合现实系统的兴起促使人们对2D和3D全息领域的兴趣增加。计算机生成全息术（CGH）已经应用于电信、成像、投影、光刻、光束整形和光学镊子等领域，为解决各种光整形问题提供了一种令人兴奋的方法。生成全息图所需的数值处理是高的，并且需要大量的领域专业知识。这在历史上减缓了全息技术在新兴领域的采用。在本文中，我们介绍了HoloGen，一个开源的Cuda C和C++框架，用于计算机生成全息术。HoloGen首次将现有的各种全息图生成算法与最先进的性能结合起来，同时试图保持直观和易于使用。这是由C#和Windows演示框架（WPF）图形用户界面（GUI）启用的。一种新的反射为基础的参数层次结构，以确保易于修改。广泛使用基于标准模板库（STL）的C++模板，在保持运行时性能的同时保留了编译时的灵活性。HoloGen的当前版本将包括Gerchberg-Saxton（GS），Liu-Taghizadeh（LT），直接搜索（DS），模拟退火（SA）和一步相位检索（OSPR）在内的众所周知的生成算法的实现与包括加权GS和自适应OSPR在内的不太知名的专业变体相结合。几个关键算法的基准测试结果。该软件在MIT许可证下免费提供。
2021-09-27 eess.IV physics.optics
XUV digital in-line holography using high-order harmonics
提出了一种利用极紫外辐射实现时间分辨数字同轴全息术的方法。超短XUV脉冲作为飞秒激光的高次谐波产生，并且史瓦西物镜用于将谐波辐射聚焦在38 nm处并产生用于全息记录的强烈发散的参考光束。记录了细线的实验全息图，并对物体进行了再现。文中还介绍了仿真和重建的理论和算法。空间分辨率为几百纳米是可能实现的，微米分辨率范围内的演示。
2007-09-27 physics.optics
Digital in-line holography in thick optical systems: application to visualization in pipes
在本文中，我们应用数字同轴全息术，通过一个厚的平凹管道成像不透明的物体。考虑不透明纤维和不透明颗粒。利用广义菲涅耳变换，推导出CCD传感器面内光强分布的解析表达式。\textbf{The proposed model has the ability to deal with various pipe shape and thickness and compensates for the lack of versatility of classical DIH models. Holograms obtained with a 12 mm thick plano-concave pipe are then reconstructed using fractional Fourier transform (FRFT).}这种方法可以让我们摆脱散光。数值和实验结果。
2012-12-20 physics.optics
Digital phase-only holography using deep conditional generative models
Cavendish Laboratory（卡文迪什实验室）；University of Cambridge（剑桥大学）
全息波整形在物理科学中有着广泛的应用，特别是在数字空间光调制器（SLM）的发展之后。数字全息术的一个关键挑战在于找到最佳的全息图案，该图案将入射激光束转换成共轭光学平面中的期望形状。现有的剧目的方法来解决这个逆问题是建立在迭代相位恢复算法，不考虑光学像差和理论模型的偏差。在这里，我们采用了一种无物理、数据驱动和概率的方法来解决这个问题。使用深度条件生成模型，如生成对抗网络（cGAN）或变分自动编码器（cVAE），我们近似给定目标激光强度模式的全息图的条件分布。为了减少问题的基数，我们训练我们的模型上的代理映射相关的8x8矩阵的复值空间频率系数，以确保100x100形状的强度分布记录在相机上。我们讨论了这个简化问题中仍然存在的“病态”程度，并比较了不同的生成模型架构找到重建给定强度图案的全息图的能力。最后，我们对我们的模型提出挑战，以推广到合成目标强度，其中匹配全息图的存在不能得到保证。我们设计了一个前向插值训练方案，旨在为模型提供在激光强度空间而不是全息图空间插值的能力，并表明这确实提高了模型在合成数据集上的性能。
2019-11-03 cs.CV eess.IV physics.comp-ph
YOSO: single-frame Gerchberg-Saxton phase retrieval with AI-based data augmentation for in-line holography
Institute of Micromechanics and Photonics, Faculty of Mechatronics, Warsaw University of Technology（华沙理工大学机械电子学院微机械与光子学研究所）；Institute of Automatic Control and Robotics, Faculty of Mechatronics, Warsaw University of Technology（华沙理工大学机械电子学院自动控制与机器人研究所）；Department of Anatomy and Neurobiology, Medical University of Gdansk（格但斯克医科大学解剖学与神经生物学系）；Laboratory of Neurobiology, BRAINCITY, Nencki Institute of Experimental Biology of Polish Academy of Sciences（波兰科学院恩内基实验生物学研究所脑城神经生物学实验室）；Biomedical Technology Center, University of Muenster（明斯特大学生物医学技术中心）；Department of Optics and Optometry and Vision Sciences, Physics Faculty, University of Valencia（瓦伦西亚大学物理学院光学、验光与视觉科学系）
YOSO通过AI数据增强生成多高度数据集，结合传统Gerchberg-Saxton算法实现单帧全息成像的相位恢复，支持不同空间尺寸输入并具备物理一致的全息填充方法。
2026-04-30 physics.optics
Iterative phase retrieval for digital holography
介绍了基于Gerchberg-Saxton（GS）算法的迭代相位恢复算法在数字全息中的应用。此外，一种新的基于GS的算法，允许重建的3D样本证明。基于遗传算法的算法通过波前在两个平面之间的来回传播来恢复复值波前，这两个平面具有叠加的约束。迭代相位恢复允许定量正确和孪生图像免费重建对象的振幅和相位分布从其同轴全息图。目前的工作得出的定量标准，需要多少全息图重建一个复值的对象分布，无论是一个2D或3D的样本。结果表明，对于一个样品，可以近似为一个2D样品，一个单次拍摄的同轴全息图是足够的样品的吸收和相位分布的重建。以前，基于GS的算法已经成功地用于重建仅限于2D平面的样本。然而，真实的物理对象总是具有一定的有限厚度，因此是3D而不是2D对象。这项研究表明，3D样品，包括3D相位物体，可以从两个或多个全息图重建。它表明，在原则上，两个全息图是足够的，以恢复整个波前衍射的三维样品分布。在该方法中，通过在测量强度的平面之间应用迭代相位恢复来执行重建。然后将恢复的复值波前传播回样本平面，从而重建样本的3D分布。该方法可以应用于3D样品，例如颗粒的3D分布、厚生物样品和其他3D相位对象。提供了包括相位对象的3D对象的重建的示例。
2019-11-17 physics.comp-ph physics.data-an physics.optics
Stochastic Light Field Holography
Northwestern University（西北大学）；Reality Labs Research, Meta（Meta现实实验室研究部门）；Princeton University（普林斯顿大学）
针对全三维全息显示中光瞳采样影响观看真实感的问题，提出匹配光场与Wigner函数投影算子、并用随机光瞳状态光场重聚焦图像监督的全息图生成算法。
2023-07-12 cs.CV cs.GR eess.IV
Characterizing the Immaterial. Noninvasive Imaging and Analysis of Stephen Benton's Hologram Engine no. 9
发明于1962年的全息照相术是艺术与技术的独特融合。在20世纪90年代，当数字成像出现并取代胶片时，它一直处于科学前沿。今天，全息图正在经历新的兴趣作为模拟全息图进入主要博物馆收藏的真正的艺术作品。在这篇文章中，我们阐述了我们的初步步骤在西北大学的艺术科学研究中心描述的技术挑战的保护全息图，强调其性质作为一种活性材料。全息图像需要用户交互才能被观看，并且材料是脆弱的并且容易变质。具体来说，我们概述了我们的方法，通过记录传播光的波前来创建全息艺术品的数字保存副本。通过这样做，我们证明了为什么在没有TB数据的情况下忠实地捕捉它们的高空间分辨率，全视差和深景深仍然具有挑战性。此外，我们使用非侵入性的分析技术，如光谱成像，X射线荧光和光学相干断层扫描，提供全息材料特性的见解。通过这些研究，我们希望解决目前对全息图长期保存的担忧，同时将这种艺术形式转化为数字格式以吸引新的观众。
2021-10-12 cs.CY physics.hist-ph physics.optics
Spatial resolution enhancement in holographic imaging via angular spectrum expansion
本文针对数字全息成像中近距离菲涅耳衍射导致的混叠复制图样问题，揭示了复制图样与高角谱分量的对应关系，提出利用角谱展开和优化算法，仅需低NA宽视场全息图即可恢复高分辨率图像，并通过数值模拟与光学实验验证了该方法。
2024-01-11 physics.optics
Linear time algorithm for phase sensitive holography
全息搜索算法，如直接搜索和模拟退火允许高质量的全息图，以长的执行时间为代价。这是由于$O(N_x N_y)$的单次迭代计算成本和所需的$O(N_x N_y)$阶迭代次数，其中$N_x$和$N_y$是图像维度。这给出了$O(N_x^2 N_y^2)$阶的组合性能。在本文中，我们使用了一种新的技术，以减少迭代成本$O(1)$相敏计算机生成的全息图给出了最终的算法性能的$O(N_x N_y)$。我们通过重新制定均方误差度量来实现这一点，以允许从衍射场计算均方误差度量，而不需要正向变换步骤。对于$1024\times 1024$像素测试图像，与传统的直接搜索相比，这给了我们一个$\approx 50,000\times$加速，几乎没有额外的复杂性。当应用于相位调制或幅度调制设备时，所提出的算法在$O(N_x N_y)$时间内收敛于全局最小均方误差。相比之下，大多数现存算法不能保证获得全局最小值，并且那些算法具有至少$O(N_x^2 N_y^2)$的计算复杂度，其中朴素算法是$O((N_xN_y)!)$。
2020-08-25 physics.optics
Ellipsography: Single-Shot Speckle-Free Holography via Vectorial Interference Shaping
The University of North Carolina at Chapel Hill（北卡罗来纳大学教堂山分校）
本文提出Ellipsography技术，通过同时调节光的相位和偏振，实现单次曝光下的高保真无斑点全息成像，实验显示在真实全息显示器上达到30dB PSNR，优于现有技术。
2026-04-17 cs.GR physics.optics
