引言

目前，对物体三维轮廓及形变进行测量方法有很多，其中主要包括接触式三坐标测量方法和非接触式光学测量方法。虽然三坐标测量仪的精度很高，但只能进行接触式测量，而且测量速度慢、成本高，所以其使用范围受到很大的限制。非接触式光学测量方法因具有高分辨率、无破坏、数据获取速度快等优点而被广泛关注。目前非接触式的光学测量方法有全息法、莫尔法、散斑法、光扫描法、光衍射法、实时干涉法及光学三角法等。这些方法在不同的场合都各有优点，但也有不足之处。

激光全息无损检测技术产生于20世纪60年代后期，是无损检测技术领域的一个新分支。目前，己成为全息干涉计量技术的重要应用途径。激光全息无损检测技术在我国的应用始于1974年。多年来，激光全息无损检测的理论和技术都有了很大发展，在许多行业中，对多种结构下的多种参量检测具有某些独到之处，解决了用其他方法无法解决的问题。脉冲激光器出现之后，消除了振动对全息的影响，从而使激光全息无损检测技术应用到工业生产现场成为可能。目前，由于数据采集和计算机图像处理技术的迅速发展，全息干涉条纹图像可以通过CCD摄像机快速、准确地输入计算机进行数字图像处理，满足无损检测技术的各种需要。全息干涉技术在力学变形测试中有着广泛的应用。其中比较典型的是两次曝光法，但是这种方法只能得到干涉条纹。要求取位移等变形信息，则需要经过复杂的条纹分析。数字全息由Googman提出，其记录光路和普通全息完全相同。全息直接记录在CCD上并数字存储、数字再现。没有了光学全息的湿处理过程，记录和再现过程都要比普通全息方便快捷。由于数字全息对记录设备精度和计算机性

能要求较高，所以，此方法在提出后很长一段时间一直没有进展。近些年来，随着计算机速度及容量的大幅度提高，数字全息的实验研究才全面展开。由于数字全息可重构被记录物体的复振幅分布，也就是强度和相位信息可以同时获得，因此能方便地用来进行多种测量[1]。

1 常见基于数字全息的变形测量方法

基于传统全息测量变形，典型的方法是双曝光，即将变形前后的信息都存储在同一张胶片上，经化学处理后利用同一参考光进行再现，可以观察到变形前后物光之间的干涉信号，据此进行变形分析。在基于数字全息变形测量中，由于测量对象多为较粗糙、轮廓变化较大的物体，多数情况下不易或不能采用空间相移技术，因此尽管时域相移技术不适于动态测量，但仍得到广泛应用。而在数字全息中，由于变形前后的物信息可以分别获得并比较计算，所以可以采用几种测量方法[2]。

1.1 基于单幅全息图再现的变形测量方法

变形前后分别采集全息图，并分别重现物波，对相位差直接相减或两变形物波干涉，获得变形干涉图。这种方法的优点是不但可以获得对应于变形的相位差，同时由于还再现了物波幅值，因此可以知道变形发生在物体的部位。

1.2 基于相移数字全息技术的变形测量方法

变形前后分别采集多幅相移全息图，利用相移技术进行处理后，获得全息面上的物波信息，通过物波相位相减获得变形相位。同时可以在获得的全息面物波的基础上进行原物处物波再现，获得物波全部信息，进行变形物波干涉，获得变形干涉图。这种方法的缺点是需多幅干涉图，动态性较差，优点是处理精度高。

1.3  “2+2”步变形测量方法

在变形前、后各采集两幅相移图，通过计算获得要求的相位差分布，而不必分别计算变形前后的相位、再作差计算。这种算法的好处在于不需要计算物波相位，直接得到变形前后的相位差分布，获取变形量；变形前后各只需一次移相，减少了移相误差。

2        数字全息在其它方面的应用

数字全息技术由于不同于光学全息术需要经过物理、化学的湿处理，从而使得它的应用相对方便。借助于计算机强大的计算和图像处理能力，使数字全息术的应用研究不仅可以大大提高工作效率，避免繁琐、费时和费力的人工处理，而且又可以提高测量精度，避免人工判读的失误和主观因素的影响，同时还可以进行实时采样处理。因而，近年来其已成为关注的焦点，研究领域也日益广泛，涉及光刻技术、粒子场测试、变形测量、形貌测量等方面。

2.1 数字全息光刻技术

近年来，数字全息引起了人们的强烈兴趣，比较成功的有英国的Spatial Imaging Ltd.公司创立的数字输入——全息图像输出系统，Dimen-sional Arts Inc.公司的数字全息打印机，日本的LCTV全息打印机。其他一些有关数字全息技术的报道也不断涌现。数字全息技术能够实现商品化批量生产，摆脱过去全息图的许多苛刻限制。例如，以前用于拍摄全息图的物体只能是从自然界中抽取的一些标本，只能是尺寸较小的物体或模型，自然界中的真实物体的形象和颜色不能再现出来。另外，传统全息图的防伪性能十分有限，展示效果较差，只能在某些方向看到全息图像，不能360度可视，制作周期长，偶然因素多，工作量大，价格高。

利用计算机实现数字化，能够实现图像加密，增强全息图的防伪性能。一般全息图都是高技术产品，原本就具有防伪功能，实现数字化以后，又能对全息图的颜色和图像的点型加密。即使是拥有同一种或同一台计算机全息数字打印机的用户，只要密码不同，图像的颜色和点型就不相同，并且拥有这种打印机的用户根据需要重新设置密码也非常方便，使全息图的防伪性能大大提高，为证件、商标的防伪提供了有力的武器[3]。

2.2 数字全息粒子测速技术

全息术用于粒子场测速是全息术的一个重要应用。自从B.J.Thompson 1964年首次利用同轴夫琅和费全息成功地测量了大气中的云雾后，粒子场全息分析技术受到高度的重视，取得快速发展，并逐步实现了全自动数据处理，已成为3D粒子场分析的主要方法。但该方法大都采用传统的光学全息方法记录和再现3D粒子场，然后采用计算机逐层扫描采样，对再现粒子场进行自动判度、分析、测量及处理。因此该方法过程复杂、测量精度低，且不能实时处理。

数字全息术为粒子场的测定提供了一种先进的光学测量手段。应用于各种形状、不同状态和不同速度的粒子场的实时定量测量，同时结合小波变换方法使测量精度大大提高。因而，数字技术与激光的结合使全息术应用于粒子场测量更具有使用价值[4-5]。

2.3 数字全息用于形貌测量 

在光学形貌测量技术中一般都采用成像干涉的方法，即先对被测量物体成像，然后采用干涉的方法测量像的位相，并以此来确定物体的形貌。此类方法的测量精度在很大程度上依赖于成像镜头的质量，在一般情况下，不需要注意成像过程中的像差，但随着对测量精度要求的提高，当在微电子、光纤技术等领域需要进行纳米或深亚微米测量时，镜头质量对测量精度的影响就变得甚为严重。用数字全息方法可以实现无透镜成像，而且还有速度快、抗震动能力强和方便计算等优点，因此可以很方便的代替成像干涉法来测量物体形貌[6]。

3  结论与展望

数字全息技术的最大优点是可以在计算机中同时获得物波的幅值和相位信息。结合相移技术进行测量，可以提高物波再现精度，进而提高测量精度。本文对数字全息在几个方面应用进行了简单介绍，这并不意味着数字全息的应用领域比较少。相反，我们认为数字全息大规模的研究和应用还远未开始，它在数据处理方面所独具的优越性将会使它和各种各样的技术相结合，许多原来人们认为很难实现的问题将会轻而易举地得以解决，并带来意想不到的处理效果，这是数字全息技术的发展趋势。相信随着人们对数字全息应用研究的增多和熟练程度的提高，这种趋势会愈来愈明显。随着研究的不断增多，数字全息技术将会在未来的科学研究和结构工程应用中发挥愈来愈大的作用。

参考文献:

[1]周灿林,亢一澜. 数字全息干涉法用于变形测量[J].光子学报, 2004,33(2):171-173.

[2]周文静,彭娇,于瀛洁. 基于数字全息技术的变形测量[J].光学精密工程, 2005,13(增刊):46-51.

[3]余建国,裴文,徐大雄. 数字全息光刻技术[J].物理,2005.(10):289-292.

[4]吕且妮等. 数字全息术及其在粒子场测试中的研究进展[J]. 光电子·激光, 2002,13(10):1087-1091.

[5]魏润杰等. 数字全息粒子图像测速技术研究[J]. 北京航空航天大学学报,2004,30(5):456-460.

[6]刘诚, 朱健强. 数字全息形貌测量的基本特性分析[J]. 强激光与粒子束,2002,14(3): 328-330.