本發(fā)明涉及用于將合成全息圖合并于可見圖像中的方法。具體地說，本發(fā)明涉及將合成編碼孔徑全息圖合并于具有灰度外觀的半色調(diào)圖像中的方法。

背景技術(shù)：
在許多領(lǐng)域，特別是在奢侈品行業(yè)（例如，香水、珠寶或皮革制品），或在藥品領(lǐng)域，打擊品牌產(chǎn)品的仿制品是日常生活中關(guān)注的問題。目前許多方法和裝置用于試圖保證品牌產(chǎn)品的真實(shí)性。在這些技術(shù)中，已提供將具有在其上形成的全息圖的透明的芯片置于待識(shí)別的產(chǎn)品上。這樣的全息圖從可見圖像獲得，通過讀取全息圖可重新發(fā)現(xiàn)可見圖像。全息圖的存在很難用肉眼檢測(cè)到，以及沒有合適的讀取裝置的直接讀取不能夠識(shí)別全息圖的可見源圖像。圖1是示出用于形成全息圖的方法的流程圖。圖2示出在合成編碼孔徑全息圖的情況下通過圖1的全息圖形成方法獲得的外觀的示例。圖1中，從全息圖的源圖像IMAGE_H10開始，在步驟12中計(jì)算其傅立葉變換。計(jì)算該傅立葉變換提供傅立葉變換振幅圖像AH14和傅立葉變換相位圖像然后，將振幅圖像14和相位圖像16結(jié)合在一新圖像中，該新圖像對(duì)應(yīng)于最終的全息圖（步驟18，全息圖）。可以進(jìn)行振幅圖像14和相位圖像16的不同組合，其思想是結(jié)合執(zhí)行傅立葉反變換的光學(xué)器件，利用合適的光束照射全息圖，以便能夠讀取該全息圖的源圖像IMAGE_H10。全息圖18由具有通過由計(jì)算傅立葉變換12而獲得的圖像的對(duì)應(yīng)像素所限定的形狀的許多像素形成。因此，全息圖18具有與初始圖像10相同的分辨率。圖2示出通過圖1的方法而獲得的全息圖的示例，該全息圖是合成編碼孔徑全息圖，也被稱為合成迂回相位全息圖。圖2示出由5×5個(gè)像素形成的全息圖部分。參考幀（x，y）用來標(biāo)記各個(gè)像素。各個(gè)像素22包括橢圓形的暗中心區(qū)域24，并且像素背景是亮的。在各個(gè)像素22中，區(qū)域24的中心沿軸線y與像素中心對(duì)齊。各個(gè)像素中的暗區(qū)24的尺寸取決于相同坐標(biāo)的像素的源圖像IMAGE_H的傅立葉變換12的振幅圖像14的計(jì)算結(jié)果。因此，在全息圖中提供各種尺寸的區(qū)域24。此外，在像素中各個(gè)區(qū)域24沿軸線x的中心偏移取決于相位圖像相同的坐標(biāo)的像素的值。應(yīng)當(dāng)注意，已知不同的編碼孔徑全息圖定義方法。例如，在像素22中的區(qū)域24的形狀可以不同于本文中所提供的橢圓形形狀。具體地提供根據(jù)振幅圖像14尺寸可變的且根據(jù)相位圖像16（沿軸線x）在像素中或多或少偏離中心的矩形區(qū)域24。圖3示出用于讀取通過如圖1中的方法而獲得的如圖2中所示的合成全息圖的裝置。在圖3中，讀取裝置是反射裝置。應(yīng)當(dāng)注意，具有類似的傳輸讀取裝置。例如，通過立方分束器32向形成在芯片36上的全息圖34（未詳細(xì)示出）發(fā)射光束30。全息圖34的像素反射該光束。由全息圖反射的光束返回穿過立方分束器32，然后由透鏡38組合，該透鏡38具有對(duì)接收的光束施加傅立葉反變換，以在置于透鏡的焦點(diǎn)處的顯示裝置（未示出）上顯示圖像的功能。應(yīng)當(dāng)注意，如果在形成全息圖的過程中提供全息圖的相位密鑰加密，則類似于該相位密鑰的波板應(yīng)被置于圖3的讀取裝置中以讀取全息圖。已經(jīng)提供用于將全息圖合并于圖像中的技術(shù)。JosephRosen和BahramJavidi在Appl.Opt.40,第20,3346-3353號(hào)發(fā)表的題目為“在半色調(diào)圖像中的隱藏的圖像（Hiddenimagesinhalftonepictures）”的文章中，公開了這樣的技術(shù)。圖4A和圖4B分別示出第一圖像40和第二圖像42，第一圖像40具有灰度外觀，第二圖像42由第一圖像產(chǎn)生且具有合并在其中的合成編碼孔徑全息圖。通過上述出版物中所描述的方法來獲得第二圖像。圖4A是通過灰度圖像的半色調(diào)而獲得的圖像。目前使用的半色調(diào)方法，例如，在印刷工藝中的半色調(diào)方法，包括與初始灰度級(jí)像素的各個(gè)色調(diào)有關(guān)的像素，該像素包括在黑色背景上的白色中心區(qū)域（或在白色背景上的黑色中心區(qū)域），中心區(qū)域根據(jù)灰度圖像的等效像素的色調(diào)呈現(xiàn)可變的尺寸。在視覺上，遠(yuǎn)離圖像移動(dòng)，半色調(diào)圖像和灰度圖像看起來是相同的。應(yīng)當(dāng)注意，通常利用足夠高的分辨率來進(jìn)行半色調(diào)技術(shù)，這是因?yàn)榘肷{(diào)對(duì)肉眼是不可見的。圖4B的圖像42是從圖4A的圖像40獲得的并且合并了合成全息圖。在圖像42中，根據(jù)待被合并的全息圖，通過修改具有不同像素的中心區(qū)域的尺寸和對(duì)準(zhǔn)而合并全息圖。例如，通過例如與濾波器相關(guān)聯(lián)的圖3中的裝置讀取圖4B的圖像，提供用于形成全息圖的源圖像。上述技術(shù)的缺點(diǎn)顯示在圖4B中：實(shí)際上，在該圖中可以看出，某些偏離中心的亮區(qū)域疊加到其他相鄰像素的亮區(qū)域。這種疊加意味著顯著的信息損失，這是不可取的。因此，這種合并負(fù)面地影響編碼全息圖的讀取。此外，上述技術(shù)意味著較差的灰度對(duì)比度和明顯的相位編碼限制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明實(shí)施方式提供一種克服現(xiàn)有技術(shù)的將全息圖合并于圖像中的全部缺點(diǎn)或部分缺點(diǎn)的方法。更具體地，本發(fā)明實(shí)施方式提供一種能夠?qū)⑷D合并于具有良好的質(zhì)量以用于直接讀取的灰度圖像中的方法。因此，本發(fā)明實(shí)施方式提供一種用于將合成全息圖合并于場(chǎng)景的可直接觀察到的圖像中的方法，所述包括以下步驟：定義所述場(chǎng)景的第一圖像，所述第一圖像包括灰度像素;基于所述第一圖像形成第一矩陣和第二矩陣，根據(jù)所述第一圖像的對(duì)應(yīng)像素是否具有大于閾值的灰度值或小于閾值的灰度值，所述第一矩陣包括第一色調(diào)的像素和第二色調(diào)的像素，所述第二矩陣的各個(gè)元素包括等于所述第一圖像的對(duì)應(yīng)像素和所述第一矩陣的對(duì)應(yīng)像素之間的灰度值之差的值;通過計(jì)算源自所述全息圖的第二源圖像的圖像的傅里葉變換的相位圖像來形成第三像素矩陣;形成第四像素矩陣，所述第四像素矩陣的各個(gè)像素包括中心區(qū)域，所述中心區(qū)域具有基于所述第二矩陣的對(duì)應(yīng)元素確定的且根據(jù)所述第三像素矩陣中的對(duì)應(yīng)像素而在像素中偏離中心的表面區(qū)域;以及根據(jù)由所述第四像素矩陣定義的圖案在板的表面上進(jìn)行不透明層的光刻，如果所述第一矩陣的等效像素是所述第一色調(diào)的像素，則光刻用于從像素中去除所述中心區(qū)域內(nèi)的不透明層，如果所述第一矩陣的等效像素為第二色調(diào)的像素，則光刻用于去除所述中心區(qū)域外的不透明層。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式，根據(jù)第五像素矩陣的對(duì)應(yīng)像素的值計(jì)算所述第四矩陣的各個(gè)像素的所述中心區(qū)域的尺寸，通過計(jì)算在像素中限定的孔的衍射幅值來獲得所述第五矩陣的各個(gè)像素，所述孔的表面積與所述像素的表面積的比率等于所述第二矩陣的對(duì)應(yīng)元素的值。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式，所述第五矩陣IMAGE_GA的像素的幅值A(chǔ)hnm根據(jù)下列關(guān)系式取決于所述第二矩陣的對(duì)應(yīng)元素的值Inm：其中，J1為第一貝塞爾函數(shù)。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式，通過執(zhí)行下列步驟來獲得所述第三矩陣:（a）通過執(zhí)行與能夠從所述第二矩陣獲得所述第五矩陣的步驟相同的步驟，來計(jì)算從所述全息圖的所述第二源圖像獲得的第六振幅矩陣;（b）將所述第六振幅矩陣的像素與隨機(jī)相位分布結(jié)合或?qū)⑺龅诹穹仃嚨南袼嘏c連續(xù)分量結(jié)合以獲得復(fù)值;以及（c）計(jì)算所述復(fù)值的傅里葉變換的相位圖像。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式，通過利用所述第五矩陣的優(yōu)化方法來獲得所述第三矩陣。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式，所述優(yōu)化方法包括如下步驟：（a）通過執(zhí)行與能夠從所述第二矩陣獲得所述第五矩陣的步驟相同的步驟，來計(jì)算從所述全息圖的所述第二源圖像獲得的第六振幅矩陣;（b）將所述第六振幅矩陣的像素與隨機(jī)相位分布結(jié)合或?qū)⑺龅诹穹仃嚨南袼嘏c連續(xù)分量結(jié)合以獲得第一復(fù)值；（c）計(jì)算所述第一復(fù)值的傅里葉變換;（d）將所述第五像素矩陣的像素與由步驟(c)的傅里葉變換產(chǎn)生的相位圖像的像素結(jié)合以獲得第二復(fù)值;（e）計(jì)算所述第二復(fù)值的傅里葉反變換;（f）將所述第六振幅矩陣的像素與由步驟(e)的計(jì)算產(chǎn)生的相位圖像的像素結(jié)合以獲得新的第一復(fù)值;以及（g）重復(fù)步驟(c)以計(jì)算所述新的第一復(fù)值的傅里葉變換，所述第三矩陣對(duì)應(yīng)于通過該最后一次傅里葉變換而獲得的相位圖像。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式，所述優(yōu)化方法還包括以下步驟：重復(fù)步驟(d)至步驟(g)，所述第三矩陣對(duì)應(yīng)于在多次循環(huán)重復(fù)步驟(d)至步驟(g)后在步驟(g)中獲得的相位圖像。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式，至少執(zhí)行三次循環(huán)。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式，所述第四矩陣的各個(gè)像素中的所述中心區(qū)域的偏心值直接與所述第三矩陣的對(duì)應(yīng)像素的值成比例。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式，在歸一化的灰度級(jí)上，所述灰度值的閥值等于0.5±10%。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式，所述第四矩陣的各個(gè)像素的所述中心區(qū)域是橢圓形的。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式，所述第四矩陣的各個(gè)像素的橢圓形中心區(qū)域的縱橫比等于π/2。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式，所述第一矩陣的所述第一色調(diào)為最小色調(diào)，所述第一矩陣的所述第二色調(diào)為最大色調(diào)，如果所述第一矩陣的等效像素具有所述第一色調(diào)，則光刻用于去除像素的所述中心區(qū)域內(nèi)的不透明層，并且如果所述第一矩陣的等效像素具有所述第二色調(diào)，則光刻用于去除像素的所述中心區(qū)域外的不透明層。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式，所述第四矩陣的像素的所述中心區(qū)域的最小尺寸是被施加嚴(yán)格控制的。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式，在歸一化的灰度級(jí)上，所述第四矩陣的像素的所述中心區(qū)域的最小尺寸對(duì)應(yīng)于暗像素色調(diào)的灰度值0.02和亮像素色調(diào)的灰度值0.98。在下文結(jié)合附圖的特定實(shí)施方式的非限制性描述中將詳細(xì)討論本發(fā)明的上上述的和其他的特征和優(yōu)點(diǎn)。附圖說明圖1是如前所述的示出已知的合成編碼孔徑全息圖的形成方法的流程圖;圖2示出通過圖1的方法而獲得的結(jié)果的示例;圖3示出用于讀取例如通過圖1中的方法而獲得的例如圖2的全息圖的裝置;圖4A和圖4B如前所述分別示出半色調(diào)圖像和源自圖4A的圖像且具有合并于其中的全息圖的圖像；圖5A至圖5C示出用于形成在衍射方面等效的編碼孔徑像素的技術(shù)；圖6是示出根據(jù)一實(shí)施方式的方法的流程圖；圖7示出圖6的方法的步驟的結(jié)果；圖8示出源自根據(jù)實(shí)施方式的步驟獲得的初始灰度圖像的矩陣的元素的值的曲線；圖9是根據(jù)實(shí)施方式的全息圖的像素的透視圖；圖10是根據(jù)半色調(diào)像素的灰度值的全息光柵的幅值的曲線；圖11是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的變型的方法的流程圖；圖12A至圖12D示出從合并于通過圖6和圖11的方法形成的可見圖像中的全息圖根據(jù)該方法的迭代次數(shù)獲得的讀取結(jié)果；圖13示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的方法的結(jié)果；圖14A至圖14D示出通過執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的方法的變型所獲得的結(jié)果；圖15示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的方法的變型；圖16A至圖16C示出通過執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的方法的變型所獲得的結(jié)果；圖17A至圖17D、圖18和圖19示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的方法的應(yīng)用。具體實(shí)施方式為清楚起見，在不同的附圖中利用相同的附圖標(biāo)記指代相同的元件。圖5A至圖5C示出合成編碼孔徑全息圖像素的等效特性，這將用于將全息圖合并于灰度圖像中。這三幅圖以三維方式示出透明晶片50的一部分，透明晶片50的表面限定合成編碼孔徑全息圖的像素。所示的像素具有寬度“a”。在圖5A的示例中，所考慮的像素包括在透明背景上的橢圓形狀的不透明中心區(qū)域52。實(shí)際上，可以通過在整個(gè)晶片50上沉積例如由氧化鉑（PtOx）形成的不透明層（吸收的或反射的），而將不透明區(qū)域形成在晶片50上，例如，通過光刻法進(jìn)行蝕刻以限定中心區(qū)域52。在圖5A所示的示例中，不透明區(qū)域52的中心在像素中以距離b（沿軸線x）向左偏離中心。如前面所示，中心偏移b取決于全息圖的源圖像的傅立葉變換的相位圖像的對(duì)應(yīng)像素。不透明區(qū)域52的尺寸是全息圖的源圖像的傅立葉變換的振幅圖像的對(duì)應(yīng)像素的圖像。當(dāng)用于形成通過灰度圖像的半色調(diào)所獲得的圖像的像素時(shí)，本文中所提供的橢圓形狀具有對(duì)眼睛來說相對(duì)光滑的優(yōu)點(diǎn)。尤其是，與圖4A和圖4B中的矩形形狀相比，橢圓形狀令眼睛更加舒適。圖5B示出與圖5A的像素互補(bǔ)的像素。在該像素中，像素的不透明區(qū)域和透明區(qū)域相對(duì)于圖5A的像素是相反的，即，與圖5A的區(qū)域52具有相同的表面區(qū)域的區(qū)域54是透明的，且像素表面其余部分被不透明部分56所覆蓋。從圖5B的像素獲得圖5C的像素，且該圖5C的像素包括不透明背景56，該不透明背景56具有限定在其中的透明區(qū)域58。透明區(qū)域58的尺寸與區(qū)域54的尺寸相同。區(qū)域58相對(duì)于透明的區(qū)域54沿軸線x向右偏離中心，以使區(qū)域54和區(qū)域58之間的等效相移是π相移（相對(duì)于全息圖的相位圖像）。實(shí)際上，這樣的相移可以通過相對(duì)于區(qū)域54以等于a/2的距離偏移區(qū)域58來獲得。根據(jù)Babinet的互補(bǔ)屏幕原則，就隱含的衍射圖案來說，當(dāng)被照亮?xí)r，圖5A的像素等同于圖5C的互補(bǔ)相移像素。鑒于此特性，思想是提供一種用于將全息圖合并于具有灰度外觀的半色調(diào)圖像中的方法，其中，灰度圖像的最暗的單元，由在不透明背景上的小尺寸的透明中心區(qū)域形成，而不是由在透明的背景上的較大尺寸的不透明中心區(qū)域形成（這是等效的）。中心區(qū)域然后移相以合并全息圖，如下文中所看到的。圖6是用于將全息圖合并于可見圖像的方法的流程圖。一方面，所述方法的初始步驟60包括選擇一場(chǎng)景的真實(shí)的灰度圖像IMAGE_G，一旦全息圖被合并于圖像中則期望該灰度圖像用肉眼可見；另一方面，所述方法的初始步驟62包括選擇全息圖的源圖像IMAGE_H，期望該源圖像以合成編碼孔徑全息圖的形式合并于最終的可見圖像IMAGE_F中?；诨叶葓D像IMAGE_G60，確定第一黑白圖像矩陣IMAGE_GB＆W64，該圖像包括第一色調(diào)的像素（例如，黑色）和第二色調(diào)的像素（例如，白色），圖像60的第一色調(diào)的像素級(jí)小于閾值α（暗像素），圖像60的第二色調(diào)的像素具有高于閾值α的灰度值（亮像素）。應(yīng)當(dāng)注意，相反的情況也是可以的，思想是區(qū)分圖像60的具有低于閾值α的灰度值的像素或高于閾值α的灰度值的像素。從圖像60開始，處理裝置和計(jì)算裝置用于確定矩陣IMAGE_G'66，其具有與圖像IMAGE_G60的分辨率相同的大小，其中，該矩陣的各個(gè)元素包含有與圖像60的對(duì)應(yīng)像素的灰度值和圖像IMAGE_GB＆W64的對(duì)應(yīng)像素的灰度值之間的差值成比例的值。下文將結(jié)合圖8更詳細(xì)地描述圖像60和圖像64與矩陣66之間的關(guān)系。因此，存儲(chǔ)在矩陣66中的值以及初始圖像60的對(duì)應(yīng)像素的灰度值增大，直到增大至閾值，然后當(dāng)圖像60的對(duì)應(yīng)像素的灰度值增大到高于閾值時(shí)減?。ㄒ部梢允窍喾吹那闆r）。實(shí)際上，矩陣66的檢測(cè)閾值與圖像64的檢測(cè)閾值α是相同的。優(yōu)選地，在歸一化的灰度級(jí)上，在圖像60的中間灰度值，例如0.5±10％，且優(yōu)選地0.5處選擇檢測(cè)閾值。下一步驟68包括從矩陣IMAGE_G'66獲得全息光柵的幅值的圖像矩陣IMAGE_GA68。下文將結(jié)合圖9和圖10更詳細(xì)地描述圖像68的像素的確定。并行地，步驟70包括計(jì)算源自全息圖的源圖像IMAGE_H62的圖像的傅立葉變換。更具體地，從源圖像IMAGE_H獲得的振幅圖像IMAGE_HA的傅立葉變換，以類似于從圖像IMAGE_G'66計(jì)算圖像IMAGE_GA68的方式計(jì)算，如將在下文更詳細(xì)地描述。在步驟70中計(jì)算出的傅立葉變換提供了振幅圖像AH和相位圖像未使用振幅圖像AH。為了提高全息圖的質(zhì)量，可以在傅立葉變換計(jì)算之前，將隨機(jī)相位分布添加到振幅圖像IMAGE_HA。該相位加擾方法對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員是已知的。由計(jì)算裝置和處理裝置執(zhí)行的步驟74包括結(jié)合由傅立葉變換70產(chǎn)生的相位圖像黑白圖像IMAGE_GB＆W64和振幅圖像IMAGE_GA68，以獲得最終的圖像IMAGE_F76，該圖像IMAGE_F76具有與圖像IMAGE_G60的外觀相同的外觀，且合并了從全息圖的源圖像IMAGE_H62中獲得的全息圖。為了實(shí)現(xiàn)該目的，最終圖像76的各個(gè)像素包括由背景環(huán)繞的中心區(qū)域，其限定如下：-如果圖像IMAGE_GB＆W64的相同坐標(biāo)的像素具有第一色調(diào)，例如，黑色，則中心區(qū)域是透明的且背景是不透明的；并且如果圖像IMAGE_GB＆W64的相同坐標(biāo)的像素具有第二色調(diào)，例如，白色，則中心區(qū)域是不透明的且背景是透明的;-從圖像IMAGE_GA68的相同坐標(biāo)的像素的灰度值計(jì)算在各個(gè)像素中的中心區(qū)域的尺寸;-如果圖像62的傅立葉變換的相位圖像的相同坐標(biāo)的像素是暗的（相位值趨于-π），則在最終圖像76的相同坐標(biāo)的像素中的中心區(qū)域朝向像素的一側(cè)強(qiáng)烈地偏離中心，如果圖像62的傅立葉變換的相位圖像的相同坐標(biāo)的像素是亮的（相位值趨于+π），則中心區(qū)域在圖像76的相同坐標(biāo)的像素中朝向像素的另一側(cè)偏離中心，并且如果相位圖像72的相同坐標(biāo)的像素具有中間色調(diào)，則最終圖像76的相同坐標(biāo)的像素的中心區(qū)域位于像素的中心（像素中的中心區(qū)域偏離中心與圖像的等效像素的值成比例）。一旦獲得最終圖像IMAGE_F，則根據(jù)該圖像的圖案進(jìn)行限定在板的表面上的不透明層的光刻。圖7示出圖6的流程圖的步驟，作為由所述步驟獲得的圖像的示例。在該圖中，利用相應(yīng)步驟的附圖標(biāo)記后跟'指代在不同的步驟中所獲得的圖像。在該圖中，為了更好地理解，所獲得的圖像的半色調(diào)網(wǎng)屏是可見的。圖8示出從圖像IMAGE_G60形成矩陣IMAGE_G'的元素的原理。矩陣66由元素所形成，該元素具有根據(jù)圖像60的對(duì)應(yīng)像素的灰度值和圖像IMAGE_GB＆W64的對(duì)應(yīng)像素的灰度值之間的差值（絕對(duì)值）所定義的值。更具體地，該圖示出根據(jù)圖像IMAGE_G60的等效像素的灰度值G，矩陣IMAGE_G'66的元素的值G'的曲線。在該曲線中，可以看出，對(duì)于圖像IMAGE_G的具有在0至0.5之間的灰度值G的像素（黑像素至中灰像素），矩陣66的元素的值G′增加至值β。如果灰度圖像IMAGE_G的像素的灰度值G在0.5和1之間（中灰像素至白像素），則矩陣IMAGE_G'的等效元素的值在閾值β和零值（當(dāng)像素非常亮?xí)r）之間降低。為了提供全息圖的最佳編碼，可以針對(duì)圖像IMAGE_G60的全黑像素（G=0）或全白像素（G=1），設(shè)定矩陣IMAGE_G'的元素值的最小閾值。如下文所述，這使得能夠優(yōu)化全息圖的最后讀取的外觀。最小閾值通常為最大灰度值的2％或最小灰度值的2％（在歸一化的灰度級(jí)上，像素的中心區(qū)域的最小尺寸對(duì)應(yīng)于暗像素色調(diào)的灰度值0.02和亮像素色調(diào)的灰度值0.98）。矩陣66IMAGE_G'用于獲得與全息圖相關(guān)聯(lián)的波的振幅圖像IMAGE_GA68，該振幅圖像用來確定最終圖像IMAGE_F的像素的中心區(qū)域的尺寸。應(yīng)該注意，對(duì)于中心區(qū)域的橢圓形狀，該橢圓形狀可以被優(yōu)化，以使得橢圓沿方向y具有等于像素邊長(zhǎng)的最大尺寸，并且像素填充率等于50％。簡(jiǎn)單的幾何計(jì)算提供這一事實(shí)：橢圓的長(zhǎng)邊與其短邊的比率等于π/2，使得對(duì)于橢圓的沿著等于像素寬度的方向y的一個(gè)維度，獲得等于50％的像素填充率。這個(gè)比率還提供了非常流暢的視覺外觀。振幅圖像68的獲得需要考慮平面波的通過孔的衍射方程。圖9以三維方式示出包括由不透明背景包圍的透明中心區(qū)域的像素。中心區(qū)域具有在方向y上被稱為wy的尺寸和在方向x上被稱為wx的尺寸。當(dāng)平面波入射到圖9中孔上時(shí)，或更一般地如上文所提供的合成編碼孔徑全息圖的座標(biāo)（n，m）的衍射圖案的情況下，尺寸為wxnm和wynm的圖案產(chǎn)生幅值A(chǔ)hnm的球形衍射波，該幅值A(chǔ)hnm通過下列非線性關(guān)系而取決于孔的參數(shù)：J1為第一貝塞爾函數(shù)。應(yīng)當(dāng)注意，為獲得相位的最佳編碼，考慮孔的橢圓形狀以使wy>wx。在灰度圖像中，相對(duì)于像素表面歸一化的像素的暗中心部分的表面設(shè)定觀察者所感知的色度（hue）。色度Inm通過下列關(guān)系式而取決于像素的形狀：為獲得初始圖像IMAGE_G60的振幅圖像，等式（1）被直接應(yīng)用到具有下列表面區(qū)域的孔，該表面區(qū)域被限定為使得孔的表面積與像素的表面積的比率Inm對(duì)應(yīng)于矩陣IMAGE_G'66的相應(yīng)元素的值。為提供振幅圖像IMAGE_GA68的良好清晰度，可以將閾值β設(shè)置為0.5（該孔的表面積對(duì)應(yīng)于像素的表面積的一半）。從而獲得能夠計(jì)算圖像IMAGE_F的像素的中心區(qū)域的尺寸的關(guān)系式。實(shí)際上，孔的縱橫比被限定為ρ=wy/wx，且wy局限于等于1的最大值（歸一化的像素邊）。上述兩個(gè)等式根據(jù)ρ提供矩陣IMAGE_G'的對(duì)應(yīng)元素Inm的值和由像素衍射的波的幅值A(chǔ)hnm之間的關(guān)系，如下所示：因此，上述等式將矩陣IMAGE_G'的元素，并且因此將初始圖像IMAGE_G的對(duì)應(yīng)像素的灰度值，與圖像IMAGE_GA的相同坐標(biāo)的像素的幅值聯(lián)系起來，即，與最終圖像IMAGE_F的像素的中心區(qū)域的尺寸聯(lián)系起來。圖10提供對(duì)于不同的ρ值的該傳遞函數(shù)的表示。應(yīng)該注意，橢圓形圖案的選擇將強(qiáng)度值的范圍限制到wx=1且wy=1，即，在像素中的最大強(qiáng)度0.8。超過此值，該圖案超出單元格限制且相位編碼的質(zhì)量降低。在上述方法的情況下，強(qiáng)度Inm局限于由圖8中的曲線預(yù)定義的閾值α，即，0.5。為了優(yōu)化所選擇的波的幅值同時(shí)保持準(zhǔn)圓形的圖案形狀，優(yōu)選選擇ρ=π/2，如上文所述，在這種情況下，公式（3）簡(jiǎn)化為：應(yīng)當(dāng)注意，為簡(jiǎn)化該傳遞函數(shù)的編程，貝塞爾函數(shù)可以被其具有良好精度的級(jí)數(shù)展開所替換，級(jí)數(shù)展開提供下列等式：因此，由圖6的方法獲得的最終圖像的像素具有包含中心區(qū)域的半色調(diào)結(jié)構(gòu)，該中心區(qū)域具有基于矩陣IMAGE_G'的相同坐標(biāo)的元素由上述等式限定的全息光柵幅值。有利地，圖6的方法能夠獲得一圖像，該圖像具有與灰度圖像IMAGE_G的外觀相同的外觀，并且隱藏可被直接讀取的合成編碼孔徑全息圖。然而，由于全息圖IMAGE_H的傅里葉變換的振幅圖像AH已被振幅圖像IMAGE_GA抑制和替換，因此該方法不是最優(yōu)的。因此，如將在下文描述的，圖像IMAGE_H重建的質(zhì)量下降。應(yīng)當(dāng)注意，具有在圖6的步驟70中計(jì)算出的傅立葉變換的振幅圖像IMAGE_HA是通過與從矩陣IMAGE_G'66獲得圖像IMAGE_GA68的方法相同的方法從源圖像IMAGE_H62獲得的，即，通過計(jì)算由孔衍射的幅值，該孔的尺寸取決于源圖像IMAGE_H的等效像素的灰度值。圖11示出提供由振幅圖像IMAGE_HA和振幅圖像IMAGE_GA的傅立葉變換產(chǎn)生的相位圖像的優(yōu)化方法，該方法能夠克服上述方法在讀取階段的質(zhì)量損失。本文中提供的用于優(yōu)化強(qiáng)加給最終圖像的相位圖像的方法是Gerchberg和Saxton在Optik,第35卷,237-246上發(fā)表的題為“用于從圖像和衍射平面圖片確定相位的實(shí)用算法（Apraticalalgorithmforthedeterminationofthephasefromimageanddiffractionplanepictures）”的文章中描述的迭代優(yōu)化方法。以與確定由矩陣IMAGE_G'66產(chǎn)生的全息光柵IMAGE_GA的幅值的方法類似的方法，從全息圖的源圖像IMAGE_H62確定該圖像的振幅圖像IMAGE_HA80。在下一步驟82中，將振幅圖像IMAGE_HA80和由相位加擾類型的隨機(jī)相位分布或由連續(xù)相位分量產(chǎn)生的初始化相位分量83結(jié)合，以獲得復(fù)值（進(jìn)程初始化）。然后，在步驟84中計(jì)算在步驟82中得到的復(fù)圖像的傅立葉變換。不予考慮通過步驟84的傅里葉變換獲得的振幅圖像A（正如在圖6中的振幅圖像AH）。在步驟86中，通過結(jié)合從灰度圖像60獲得的振幅圖像IMAGE_GA68和在步驟84中獲得的相位圖像來計(jì)算復(fù)值。在步驟88中，計(jì)算在步驟86中獲得的復(fù)值的傅立葉反變換。所獲得的結(jié)果的振幅圖像A不予考慮。通過該傅立葉反變換獲得的相位圖像代替步驟的初始化相位分布，結(jié)合振幅圖像IMAGE_HA被引入步驟82的輸入端。由于考慮到圖像IMAGE_GA68，重復(fù)在步驟82中獲得的復(fù)值的傅立葉變換的計(jì)算步驟84，以獲得優(yōu)化的相位圖像（步驟90）?？梢远啻沃貜?fù)步驟82至步驟88的循環(huán)以優(yōu)化在步驟90中得到的相位圖像在步驟90中得到的相位圖像可以通過取代相位圖像72而直接使用在圖6所示的方法中。事實(shí)上，由于進(jìn)行了上述循環(huán)，因此相位圖像不僅合并源于全息圖的源圖像IMAGE_H的數(shù)據(jù)，還合并校正元素，該校正元素能夠抵消一事實(shí)：獲得的最終圖像IMAGE_F的像素的中心區(qū)域的尺寸不依賴于全息圖的源圖像，而是依賴于可見灰度圖像IMAGE_G的灰度值。進(jìn)行相位圖像的改進(jìn)的上述循環(huán)能夠改善合并于半色調(diào)圖像中的全息圖的讀取。應(yīng)當(dāng)注意，可以視需要經(jīng)常重復(fù)上述循環(huán)，使得步驟90的最終相位圖像包括由于沒有使用全息圖的源圖像的傅立葉變換的振幅圖像而導(dǎo)致的信息損失的有效校正。在數(shù)次迭代后獲得用于圖6的方法中的優(yōu)化相位圖像如下文中描述的，迭代次數(shù)可以變化。圖12A示出全息圖的源圖像IMAGE_H的示例。圖12B、圖12C和圖12D示出了基于諸如圖3中的讀取裝置在通過圖6的方法而獲得的半色調(diào)圖像上獲得的模擬結(jié)果。更具體地說，圖12B示出在沒有執(zhí)行圖11的相位圖像的調(diào)整循環(huán)的情況下利用圖6的方法而獲得的圖像的讀取，圖12C示出通過執(zhí)行圖11的調(diào)整循環(huán)三次利用圖6的方法而獲得的圖像的讀取，以及圖12D示出通過重復(fù)圖11的調(diào)整循環(huán)300次利用圖6的方法而獲得的圖像的讀取。在這些圖中，應(yīng)當(dāng)注意，考慮到由全息圖的源圖像的傅立葉變換的振幅的信息的初始損失，圖11的優(yōu)化方法的執(zhí)行（即使是小數(shù)目的循環(huán)）提供了施加到最終圖像的相位圖像的有效校正。實(shí)際上，在僅進(jìn)行圖11的循環(huán)的三次迭代后通過圖6的方法而獲得的圖像(圖12C)的讀取具有非常好的質(zhì)量，具有與圖12D的讀取幾乎相同的質(zhì)量。在上述方法的情況下，灰度圖像可視化的質(zhì)量是所期望的優(yōu)點(diǎn)。圖13示出在示出柵格的屏幕分辨率下（像素的中心區(qū)域的縱橫比ρ=1.5）從示為插入物的圖像獲得的結(jié)果。當(dāng)在足夠的距離處觀察圖像時(shí)，灰度外觀質(zhì)量是相當(dāng)令人滿意的，圖像的距離引入視覺模糊，從而消除半色調(diào)效果。為了模擬這種模糊的效果，已經(jīng)試圖采用寬度為2像素和4像素的高斯模糊人為地模糊圖像。圖14A和圖14B示出獲得的結(jié)果，圖14D示出初始圖像，圖14A和圖14B的圖像源自該初始圖像：由于半色調(diào)圖案的連接處的一定的位移，因此圖像上出現(xiàn)間隔。正如前面所討論的，通過分配給該像素的相位值來限定半色調(diào)圖案的位置。如果兩個(gè)連續(xù)的像素有顯著不同的相位值，圖案之間的距離也將顯著。根據(jù)半色調(diào)背景是否是亮的或暗的，這種差異將轉(zhuǎn)化為白點(diǎn)或黑點(diǎn)的出現(xiàn)圖15示出灰度圖像IMAGE_G的細(xì)節(jié)，基于該灰度圖像IMAGE_G計(jì)算圖像IMAGE_GA和這些值使得能夠計(jì)算圖像IMAGE_F中所示的圖案的分布。可以看出，在相位從最大值（的白像素）切換到最小值（的黑像素）的位置處，獲得兩個(gè)圖案的相對(duì)的中心偏移，這導(dǎo)致“真空“的出現(xiàn)。在高斯模糊操作后，這個(gè)真空會(huì)轉(zhuǎn)化為在生成的圖像IMAGE_F上出現(xiàn)暗像素。如果重構(gòu)圖像的檢測(cè)必須與原始圖像嚴(yán)格一致，則這種現(xiàn)象是令人煩惱的。在數(shù)據(jù)保存中通常是這種情況。然而，這種效果可以被減小。為實(shí)現(xiàn)該目的，可以提及下列方法：-在模擬寫入和檢測(cè)效果后，修改源圖像，以期望遮住或變亮某些像素;-將幅值的修改直接引入相位計(jì)算環(huán)路中以考慮存在的相移。-對(duì)源圖像IMAGE_G進(jìn)行過采樣，以便在沒有圖像分辨率損失的情況下增加模糊。在圖14C中示出以因子2過采樣、同時(shí)保持2-像素圖像模糊的圖像上的最后的方法的結(jié)果。可以清楚地觀察到灰度外觀的改進(jìn)。圖16B和圖16C示出了對(duì)上文提供的半色調(diào)圖像通過現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行模糊處理的結(jié)果，其初始圖像如圖16A所示。在現(xiàn)有技術(shù)的情況下,如同在本發(fā)明實(shí)施方式中缺少暗單元和亮單元會(huì)導(dǎo)致單色調(diào)的缺陷，既，本發(fā)明示例中亮色調(diào)的缺陷。因此，當(dāng)這樣的缺陷出現(xiàn)在相反色調(diào)的背景（圖16B和圖16C）下時(shí)，會(huì)尤其可見。本文中提供的方法解決了這個(gè)問題。可以設(shè)想上述方法的許多應(yīng)用。第一應(yīng)用涉及圖像的模擬存儲(chǔ)。所提供的解決方案由于可視保存模式而允許圖形數(shù)據(jù)的長(zhǎng)期保存。在不經(jīng)過數(shù)字解碼的情況下進(jìn)行數(shù)據(jù)復(fù)原，并且數(shù)據(jù)復(fù)原不會(huì)有讀取格式過時(shí)的風(fēng)險(xiǎn)。該解決方案的缺點(diǎn)是具有相對(duì)較長(zhǎng)的數(shù)據(jù)復(fù)原模式，因此，其解決方案可以是在保留模擬存儲(chǔ)的持久性的同時(shí)，利用數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)復(fù)原的迅速性。以1,000×1,000像素、被編碼成超過256個(gè)灰度值（1字節(jié)）的圖像為例。在未壓縮的位圖格式下，它的數(shù)字容量大約是103ko。本發(fā)明的思想是編碼全息圖的源圖像IMAGE_H的數(shù)字版本。為了使檢測(cè)更容易，假定只有50％的全息圖表面區(qū)域是可利用的，選擇全息圖的源圖像IMAGE_H的二進(jìn)制表示。此限制是由于在相干光學(xué)中獲得無噪聲圖像的難度。這將導(dǎo)致對(duì)應(yīng)于像素的數(shù)量的50%的位存儲(chǔ)容量。獲得約62ko的數(shù)字容量?？梢酝ㄟ^存儲(chǔ)原始圖像IMAGE_G的壓縮圖像（例如，以jpeg格式）來獲得文件大小的減小。因此，用戶可以在壓縮格式的數(shù)字圖像的快速數(shù)字檢測(cè)和原始格式的原文件的慢速模擬檢測(cè)之間選擇。應(yīng)該注意，壓縮格式的圖像的檢測(cè)也可以用來提高重構(gòu)源圖像的質(zhì)量，特別是幫助校正粒度效應(yīng)。圖17A至圖17D示出了根據(jù)這個(gè)原理的圖像IMAGE_G的兩個(gè)示例，圖17A和圖17C為全視圖，圖17B和圖17D為放大圖。更具體地，圖17A示出了以位圖格式的具有1,000-ko尺寸的圖像且17B示出以jpeg格式的具有62-ko尺寸的圖像。在相同的應(yīng)用領(lǐng)域中，也可以提供變型以增加模擬存儲(chǔ)介質(zhì)的表面區(qū)域容量。除了模擬數(shù)據(jù)，該存儲(chǔ)介質(zhì)必須能夠保存與音像文件相關(guān)聯(lián)的元數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)包含在數(shù)字文件背景中且可能涉及所有形式的信息（文件名、創(chuàng)建日期、文件格式、注釋等）。可以以二進(jìn)制格式（字符序列）可視化這些信息且這些信息可以接受一些質(zhì)量損失（格式次于內(nèi)容）。因此，這種類型的數(shù)據(jù)有效地應(yīng)用于合成全息存儲(chǔ)。圖18示出該應(yīng)用。激光束穿過形成在載體100上且具有灰度視覺外觀的圖像的半色調(diào)表示。在傅里葉透鏡102的后面，相關(guān)的元數(shù)據(jù)104是可見的。通過激光和簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)的光學(xué)元件，可視地獲得這些元數(shù)據(jù)。有利地，對(duì)元數(shù)據(jù)內(nèi)容的獲取不依賴于數(shù)字解碼格式。重新數(shù)字化模擬數(shù)據(jù)是一漫長(zhǎng)的過程，圖像IMAGE_G的半色調(diào)表示必須成像在陣列傳感器上，以恢復(fù)原始灰度像素矩陣。此過程是由連續(xù)的圖像拍攝，其后將拍攝圖像放在一起來進(jìn)行的。如果圖像中幾乎沒有細(xì)節(jié)，則放在一起可能是復(fù)雜的。一種解決方案可以是在圖像內(nèi)部布置對(duì)齊的全息圖，如在圖19中示出。半色調(diào)表示104呈現(xiàn)出一系列全息圖106。每個(gè)全息圖106在傅立葉透鏡108的焦平面上形成在特定坐標(biāo)上的亮點(diǎn)110。如果探測(cè)光束恰好在4個(gè)全息圖的交叉處，則在讀取平面上檢測(cè)到四個(gè)不同的光點(diǎn)110。因此，可以通過檢測(cè)這些亮點(diǎn)來控制在具有形成在其上的全息圖的板的光軸上的定位。因此，這個(gè)系統(tǒng)可以通過將自身定位在特定位置上來掃描圖像，在這個(gè)位置上，獨(dú)立于圖像的視覺內(nèi)容，這四個(gè)點(diǎn)的強(qiáng)度是平衡的。本文中提供的方法的另一應(yīng)用是ID證件的安全性，更廣泛地說是任何類型的證件的安全性，這個(gè)應(yīng)用已經(jīng)不在模擬存儲(chǔ)的場(chǎng)景中。可以設(shè)想，在ID的照片中編碼能夠確保文件的真實(shí)性的全息圖。已描述了本發(fā)明的特定實(shí)施方式。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以容易地進(jìn)行各種變型、修改和改進(jìn)。尤其是，可以提供將編碼孔徑全息圖集成于具有灰度外觀的半色調(diào)圖像中的其它應(yīng)用。此外，應(yīng)當(dāng)注意，已知的全息圖的加擾方法可以提供為結(jié)合本文中所描述的方法，已知的全息圖的加擾方法意味著不能直接讀取全息圖的。在這種情況下，可以設(shè)置成利用如圖3的讀取裝置讀取全息圖的情況下使用相位密鑰或讀取掩碼。上文已經(jīng)描述了具有不同變型的各種實(shí)施方式。應(yīng)當(dāng)注意，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以無需任何創(chuàng)新性結(jié)合各種實(shí)施方式以及變型中的各種元素。這樣的變型，修改和改進(jìn)意圖為本發(fā)明的一部分，并且意圖包含在本發(fā)明的精神和范圍之內(nèi)。因此，前面的描述僅作為示例的方式，并未意圖限制本發(fā)明。本發(fā)明的僅受限于所附權(quán)利要求書及其等同內(nèi)容。