与光学全息以及数字全息不同的是,计算全息具有很大的灵活性,且不需要复杂的化学湿处理和光学实验,仅仅通过计算机编码就可以完成光学干涉记录和衍射再现的整个过程,并且编码的方式非常多样,可以运用到三维显示及各种场合中,并且成为全息领域的研究热点。随着现代技术的快速发展,二维平面计算全息已经远远不能满足需求,所以三维计算全息在更大程度上得到了发展。三维计算全息技术因为具有裸眼观看的效果而成为三维显示的一大重点研究方面,同时此技术也推动了当前三维显示领域的发展。近年来,针对三维计算全息的研究非常广泛,涉及到全息成像理论、算法效率及成像质量的提升。但是至今有很多问题一直困扰着计算全息转向实用化的发展。比如说:因为实际采集三维数据的复杂性以及数据量的庞大,所以限制了全息图的计算速度。另一方面,计算全息的成像质量通常被散斑噪声所影响。针对这两个问题,本文也提出了相应的改进措施。本文在第一章先对全息技术的发展历史进行了叙述,然后介绍了计算全息的优缺点、发展概况以及研究的现状,其次是对本文主要研究内容和意义的说明。第二章详细说明了计算全息的概论以及几种最常见的计算全息编码方法。第三章对三维计算全息的基本理论进行了介绍和分析。第四章分析了随机相位范围对二维全息图成像质量的影响,并使用粒子群算法分析出最佳随机相位。在传统迭代傅里叶变换算法的基础上,提出了一种新的多平面迭代傅里叶变换算法,此方法计算得到的三维物体全息图的质量得到了优化。为了进一步改善全息图的成像质量,用粒子群算法计算出多平面中每一个平面的最佳随机相位,然后结合改进的多平面迭代傅里叶变换算法可以获取较高质量的三维再现像。文章的最后,使用空间光调制器搭建再现光路,并对以上过程中通过编码得到的全息图进行再现实验。本文的创新点主要有:提出了通过分析随机相位的范围,去改善计算全息图的散斑噪声,然后利用粒子群算法进一步的改善计算精度。并且针对三维全息成像,提出了多平面迭代傅里叶变化算法以及结合粒子全算法,得到了较高的成像质量。