第五章全息存储器的性 5.1全息存储器的容量 5.2衍射效率 5.3再现图像的像质评价 5.4数据传输速率 5.5光折变全息存储器的保存时间及其改进
第五章 全息存储器的性能 5.1 全息存储器的容量 5.2 衍射效率 5.3 再现图像的像质评价 5.4 数据传输速率 5.5 光折变全息存储器的保存时间及其改进
5.1全息存储器的容量 平面全息存储密度和容量 体全息存储密度和容量的理论上限 ■布拉格角度选择性、所存储数据页的串扰噪 声、实际光学系统的有限数值孔径、探测器 噪声及存储材料的动态范围等实际因素对全 息存储容量的限制作用
5.1 全息存储器的容量 ◼ 平面全息存储密度和容量 ◼ 体全息存储密度和容量的理论上限 ◼ 布拉格角度选择性、所存储数据页的串扰噪 声、实际光学系统的有限数值孔径、探测器 噪声及存储材料的动态范围等实际因素对全 息存储容量的限制作用
5.1.1全息存储容量的基本概念 存储容量的光学极限 (1)二维存储面密度的理论极限为a2D=1/2 理想二维全息存储的容量是A2位 (2)三维存储体密度的理论极限为D=1/3 理想三维全息存储的容量是V43位
5.1.1 全息存储容量的基本概念 ◼ 存储容量的光学极限 （1）二维存储面密度的理论极限为2D=1/ 2 理想二维全息存储的容量是A/ 2位 （2）三维存储体密度的理论极限为3D=1/ 3 理想三维全息存储的容量是V/ 3位
基于信息论的理论极限 根据信息理论的观点,每幅全息图相当于一个信道,其存储 容量(或称信道容量)C可按 Shannon极限表示为13 C=Nlog2√1+(SNR) (5-7) 式中,N是一幅全息图中可存储的独立样本(即像元)数,SNR 为探测到的信噪比,对数项的作用是将每个被存储的像元的可分 辨的灰度级数目予以量化。(5-7)式表明:一方面,存储的像元数 越多或得到的信噪比越大,则信道容量越大;另一方面,当信道 容量固定时,若要求较高的信噪比,则可存储的像元数目必定减少
基于信息论的理论极限
基于信息论的理论极限 全息存储介质的信道容量可以看成是它的空间带宽积 SBP)135。若二维存储介质面积为△x△y,存储介质的分辨率以 其所能记录的最小分辨尺寸δxoy表示,则该记录介质表面可存 储的独立样本数为 N2D=△x△y/(xy) (5-8) 从频谱分析的观点看,与δx,δy对应的空间频谱宽度分别为8, δ7,按照带宽定理:δx0=1和δyδ?=1,则(5-8)式改写为 N2D=△x△y507=SBP (5-9) 特定的体全息存储系统的信息存储容量与存储系统的信噪比 有关
基于信息论的理论极限 特定的体全息存储系统的信息存储容量与存储系统的信噪比 有关
基于信息论的理论极限 ■记录一个确定信息量的平面全息图,所要求的存储 面积约为直接照明记录的8倍(在假定这两种存储 方案所使用的材料具有感相同的空间带宽积SBP, 并且SBP得到充分利用的条件下)。原因在于记录 全息图的同时,不可避免地记录了空间载频,因而 占用了一部分可用的SBP。 ■从存储容量的角度看,平面全息存储并不优于直接 照相术,它降低了存储容量
基于信息论的理论极限 ◼ 记录一个确定信息量的平面全息图，所要求的存储 面积约为直接照明记录的8倍（在假定这两种存储 方案所使用的材料具有感相同的空间带宽积SBP， 并且SBP得到充分利用的条件下）。原因在于记录 全息图的同时，不可避免地记录了空间载频，因而 占用了一部分可用的SBP。 ◼ 从存储容量的角度看，平面全息存储并不优于直接 照相术，它降低了存储容量
基于信息论的理论极限 1)由于全息存储所记录的信息呈现非局域分 布的特征,全息图具有很高的信息冗余度 存储介质的局部损伤仅仅造成信噪比的损 失,而不会引起信息的丢失; 2)对于全息图阵列中所有的存储单元,有可 能实现完全并行读出和处理 3)采用体全息存储技术,由于同一位置可以 存储多个页面,其存储容量将更高
基于信息论的理论极限 1) 由于全息存储所记录的信息呈现非局域分 布的特征，全息图具有很高的信息冗余度， 存储介质的局部损伤仅仅造成信噪比的损 失，而不会引起信息的丢失； 2) 对于全息图阵列中所有的存储单元，有可 能实现完全并行读出和处理。 3) 采用体全息存储技术，由于同一位置可以 存储多个页面，其存储容量将更高
体全息存储容量 ■以存储的总数据位数表示的体全息存储容量,其理 论上限为光学极限V/3(V为存储材料的体积,λ为 光波长)和材料分辨率极限(即空间带宽积SBP) 二者中的较小者。 ■考虑具体复用技术时,按位计算的体全息图的总存 储容量为N=D=MMm 若存储具有灰度信息的数据位时,信息存储容量为 D=/Mmlg2‰。其存储密度可比二值图像的 信息存储密度提高log2/倍
体全息存储容量 ◼ 以存储的总数据位数表示的体全息存储容量，其理 论上限为光学极限V/ 3（V为存储材料的体积， 为 光波长）和材料分辨率极限（即空间带宽积SBP） 二者中的较小者。 ◼ 考虑具体复用技术时，按位计算的体全息图的总存 储容量为N3D=MsMmNp ◼ 若存储具有灰度信息的数据位时，信息存储容量为 N3D=MsMmNp log2NG。其存储密度可比二值图像的 信息存储密度提高log2NG倍
5.1.2平面全息存储的容量估计 ■傅立叶变换(FT)全息图可以达到较高的存储密度 个面积很大的信息页面,它的傅立叶变换的主要 部分只在其傅立叶变换平面(即全息记录平面)占 据相当小的面积 ■使用给定焦距的FT透镜记录一个页面时,所记录 的傅立叶变换全息图的最小尺寸取决于再现时要求 分辨的最小像元尺寸,而并不依赖于该页面内所包 含的像元个数。 在记录材料内的互不重叠的不同空间区域记录不同 页面的信息,可以采用完全相同的参考光,而页面 之间不会出现串扰,这种复用方式称为空间复用
5.1.2 平面全息存储的容量估计 ◼ 傅立叶变换(F.T.)全息图可以达到较高的存储密度。 一个面积很大的信息页面，它的傅立叶变换的主要 部分只在其傅立叶变换平面（即全息记录平面）占 据相当小的面积。 ◼ 使用给定焦距的F.T.透镜记录一个页面时，所记录 的傅立叶变换全息图的最小尺寸取决于再现时要求 分辨的最小像元尺寸，而并不依赖于该页面内所包 含的像元个数。 ◼ 在记录材料内的互不重叠的不同空间区域记录不同 页面的信息，可以采用完全相同的参考光，而页面 之间不会出现串扰，这种复用方式称为空间复用
士 傅立叶变换全息图的空间复用 全息图1 参考光 页2 像素 F.T.透镜 DH 尺寸ds Ds 全息图2 记录材料 傅里叶变换全息图的空间复用
傅立叶变换全息图的空间复用