利用反射全息实现计算全息三维显示

计算全息和光学全息都可应用于三维显示,但各有自己的优势和缺陷.将计算全息和光学反射全息相结合,可以突破光学全息对记录物体的限制,进行虚拟物体或自然场景的全息图的制作,同时可以实现白光再现.本文首先用三维扫描仪获得实际物体的三维数据,用"点云算法"模拟得到其菲涅耳全息图透射率数据,采用计算全息打印机将其输出于全息记录介质,得到可光学再现的菲涅耳计算全息图H₁.然后将H₁作为光学全息的记录物体进行反射全息记录,将平面全息转化为体全息,实现了计算全息白光再现.     

实时全息三维显示技术研究进展

全息三维显示技术能有效地重建三维物体的波前,并为人眼提供完整的深度线索,已经成为三维显示领域的研究热点。相比于光学全息,计算全息通过计算机模拟全息图的记录过程,并采用可刷新的空间光调制器替代传统的光学记录材料作为全息图的承载媒介,因而成为理想的实现实时全息三维显示的技术方案。然而,复杂三维场景数据量巨大、空间光调制器调制能力不足以及全息三维显示系统展示度不高等问题仍阻碍了实时全息三维显示的发展。为了克服这些不足,研究者们在算法和硬件两方面做出了许多创新工作。本文综述了实时全息三维显示的进展。首先概述了全息术的基本原理和发展简史,接着详细介绍了全息图快速计算方法和针对现有空间光调制器的波前编码方法,然后讨论了深度学习对实时全息三维显示做出的贡献并介绍了一些典型的全息显示系统,最后对实时全息三维显示的未来发展进行了展望。     

利用空间光调制器实现计算全息三维显示

针对目前三维物体计算全息算法数据量大、计算速度慢及共轭像影响再现效果问题,提出一种全息体视图计算方法。根据人眼双目视差立体视觉原理,由摄像机获取三维物体不同角度的二维序列视差图像,通过计算全息算法得到多视角全息图,合成三维物体全息体视图。在迭代傅里叶变换算法的基础上,采用预设初始相位并增加反馈因子的方法,提高相息图的计算效率。基于液晶空间光调制器构建光学系统,对计算的全息体视图进行了光学再现。结果表明:该方法有效地排除了共轭像的干扰,相息图的迭代计算效率提高30%以上,再现图像与目标图像的结构相似度大于0.85。     

三维物体多重菲涅耳计算全息水印与无干扰可控重建方法

提出了一种基于三维物体的多重菲涅耳计算全息水印方法.将水印信号作为虚拟三维物体的层面,首先结合分区复用层析法和菲涅耳双随机相位编码方法产生复噪声形式的水印信号;然后对水印信号的频谱作共轭对称处理实现实值编码;为减小对宿主全息图数字重建的影响,将水印信号的频谱设置于对宿主数字重建影响小的频谱非感兴趣区域;编码后的信号以一定强度叠加于宿主全息图,水印信号恢复无需原始宿主全息图信息,可实现盲提取,对宿主全息图重建像面的二维码可扫描识别.仿真测试结果表明,所提出的方法具有较好的透明性和稳健性,在宿主全息图遭受滤波、JPEG(联合图像专家小组)压缩、高斯噪声、剪切、旋转等各种攻击的情况下,不论对宿主还是水印信号仍具有良好的数字重建质量,对重建像面的二维码仍可扫描识别;而重建像面水印信号的无干扰可控重建后处理操作解决了不同层面水印信号之间的衍射干扰问题,提高了水印信号的重建质量.虚拟光学手段的应用丰富了水印信号设计方法并提升了算法的安全性.     

部分象素全息屏实现三维显示

介绍了利用部分象素全息屏实现三维立体显示的基本原理和结构,并指出可通过记录部分象素结构复合在同一平面内的狭缝全息图获得这种部分象素衍射屏.与电子束刻蚀技术相比,具有制作简便、成本低、制得屏面积大等优点.最后给出了光学实验方法与结果.     

光学实验教学中引入数字全息实验的探讨

数字全息技术是一项新型的成像及测量技术,它融合了计算机技术、数字图像处理技术和传统光学全息的特点,具有非常广阔的应用前景,是科学前沿中较为活跃的研究领域.将数字全息实验引入到光学实验教学中,可以使学生掌握CCD图像采集设备及其他光电子器件的使用方法,提高综合实践能力,更能形象地理解光波场传播规律.并且通过将较为抽象的菲涅耳衍射理论、全息图原理、抽样定理及离散傅里叶变换等应用到实验之中,能够进一步激发学生的学习兴趣,加深对理论知识的掌握.     

动态全息三维显示研究最新进展

全息三维显示是真三维显示技术, 其原理是利用光学干涉记录和衍射再现将物体或场景的三维信息全部重建出来, 所以观看全息三维图像与观看真实物体或场景的效果一样. 近期全息研究领域有一些突破性的成果被报道, 将推动全息显示的应用不断走向成熟. 本文将重点介绍基于光学材料和空间光调制器为全息图承载载体的动态全息三维显示最新发展状况. 虽然动态全息三维显示研究仍然存在挑战, 但最近研究中已经利用光学材料实现了实时动态全息三维视频显示, 这为未来实现大尺寸、高分辨率、彩色全息真三维视频显示提供了可能.     

在光学实验中开设计算全息实验的探讨

计算全息能很好地实现传统光学全息干涉衍射过程的数字化模拟,与传统实验相比,实验参数调整方便,现象直观。将计算全息引入到光学实验教学中,可以突破传统实验的诸多限制,拓宽学生的专业知识面,促进学生的综合实验技能培养。     

基于误差扩散的计算全息显示方法

以双向误差扩散算法为基础,通过分析图像振幅分布与生成全息图的关系,建立了全息图误差补偿模型,提出了一种新的纯相位全息图生成方法。首先通过误差扩散模型,计算出复振幅全息图与振幅置1的纯相位全息图的误差,通过对该误差进行误差扩散生成新的纯相位全息图。利用新的纯相位全息图与复振幅全息图计算新的误差,进行第二次的误差扩散,得到最终的纯相位全息图。采用定性和定量的指标来评价仿真成像质量,仿真及光学实验结果表明,改进后的方法能够有效提升再现像的质量,为纯相位全息图制作提供一种新的方法。     

三维面形测量数据的计算全息可视化

提出利用计算机制全息进行三维面形测量数据立体重现的技术。首先利用三维面形测量技术同时获取三维物体的强度和距离像；然后根据三维面形测量数据，设计和制作菲涅耳计算全息图；最后将计算全息和光学全息相结合，以菲涅耳计算全息图的光学再现像为对象，记录光学像全息。这样既解决了计算机制全息术中真实三维物体立体信息数据捕捉的问题，又为三维面形检测提供了一个行之有效的立体重构技术。给出了这种方法的原理、计算全息的设计、制作方案和实验验证结果。     

彩色计算全息颜色匹配的研究

基于色度学原理,研究了彩色计算全息颜色的匹配问题,给出了电子显示色系下颜色量与计算全息物光波振幅之间的等色传递关系.首先,讨论了电子显示色系和彩色计算全息色系之间的颜色传递问题,并且给出了这两个色系下颜色量的转换方法.其次,以彩色全息再现像与原始计算目标颜色一致为目的,分析了彩色计算全息色系下的颜色量和与其对应物光波振幅的关系,并得出了颜色量和物光波振幅间应满足的一般方程.最后,本文选取PAL制式彩色显示色系下的彩色目标为全息图计算物体进行了彩色全息显示实验,结果表明本文所述彩色计算全息颜色匹配方法是有效的.本文的研究工作将为彩色计算全息显示的实用化奠定一定的理论基础和技术依据.     

计算机产生全息图对补偿器检测的技术研究

用一种计算全息板代替补偿器零检验光路中理想的大型非球面,实现对补偿器的定量检验.用于检测补偿器旋转对称的二元反射式全息板根据非球面方程设计,并确定其光程差,再由激光直写(精度可达0.6μm)来制作完成,合成相当于理想非球面反射波前.其检测精度小于λ/10.补偿器的参量由抛物面和三级球差理论确定.     

利用数值再现实现彩虹全息色差评价

为了在计算机制彩色彩虹全息图输出之前定量得到再现像的色彩保真度,提出了一种采用数值再现进行色差评价的方法.首先对彩虹全息图进行了频谱分析,得到再现参量与频谱分布之间的关系;然后采用频域滤波算法实现彩色彩虹全息图数值再现,得到再现像的相对功率谱分布;最后采用CIE1976UCS均匀颜色空间对再现像色差情况进行了计算.设计了7个色块并制作了计算机制真彩色彩虹全息图,以金卤射灯作为照明光源进行了光学再现实验,给出实验结果及分析.研究证明了采用数值再现方法实现对计算彩虹全息再现像光谱分布和色差进行计算分析是一种快速经济的方法.     

用二元光学技术制作计算全息波面变换元件

基于计算全息原理与二元光学技术设计制作了应用于机载平视显示器（HUD）中的计算全息波面变换元件,该元件具有较高的衍射效率,一块二元相位型计算全息元件的衍射效率比一般计算全息图的衍射效率提高了四倍,并能产生传统光学元件不能实现的光学波面,如非球面,环状面和锥面等,制作工艺简单,复制简便。     

基于视场拼接的全视差三维显示系统

提出了一种新的基于视场拼接的全视差三维显示方法及图像生成方案.系统核心部分由一个微投影机阵列、一个反射光路和一个散射屏组构成,图像生成方案采用基于OpenGL的算法实现.为了验证所提出的基于视场拼接理论的正确性,利用液晶显示器、菲涅耳镜组、定向散射屏和背投式反射光路搭建了实验样机.该装置可以在更紧凑的系统结构下显示包括横向视差和纵向视差在内的三维图像,并且通过图像生成算法的配合实现了动态三维显示效果.     

基于计算机的光衍射的数值计算与显示

本文研究了基于计算机的光场分布的数值计算与显示方法。从光的菲涅尔衍射、波前相位重构入手,对连续信号进行了离散化处理,给出了数值计算公式。对光波通过矩形孔径、传播后的光场分布进行了数值计算与显示。仿真结果表明数值计算更加直观地展现了光的特性,并提供可视化的验证。     

基于视场拼接的全视差三维显示系统

提出了一种新的基于视场拼接的全视差三维显示方法及图像生成方案.系统核心部分由一个微投影机阵列、一个反射光路和一个散射屏组构成,图像生成方案采用基于OpenGL的算法实现.为了验证所提出的基于视场拼接理论的正确性,利用液晶显示器、菲涅耳镜组、定向散射屏和背投式反射光路搭建了实验样机.该装置可以在更紧凑的系统结构下显示包括横向视差和纵向视差在内的三维图像,并且通过图像生成算法的配合实现了动态三维显示效果.     

纯相位菲涅尔全息图的反馈迭代算法及其硅基液晶显示

研究了纯相位菲涅尔计算全息图的制作方法,给出了一种生成纯相位菲涅尔计算全息图的算法.首先研究了菲涅尔衍射的数值模拟算法,分析了两种数值模拟算法的计算速度.将计算速度较快的菲涅尔衍射数值模拟算法和迭代算法相结合,并引入比例反馈,得到纯相位菲涅尔计算全息图的反馈迭代算法.其次,对比例反馈系数的选取进行了实验研究,得到其最优经验值范围,然后进行了仿真实验.仿真结果表明,该算法降低了重构误差,提高了全息图重构质量.最后基于新型空间光调制器反射型硅基液晶,建立了全息显示光电实验系统,对该算法进行了验证.     

Research for Horizontal Parallax Only Kinoform in 3D Display

1　Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　　Ｔｈｅｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃｄｉｓｐｌａｙ ,ｗｉｔｈｗｈｉｃｈｔｈｅｏｂｊｅｃｔｗａｖｅｆｒｏｎｔｃａｎｂｅｒｅｃｏｒｄｅｄａｎｄｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ ,ｉｓｔｈｅｐｒｏｍｉｓｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒ3Ｄｄｉｓｐｌａｙ .Ｇｅｎｅｒａｌｌｙ ,ｔｈｅｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｈｏｌｏｇｒａｍｓｉｓｌｏｗｏｗｉｎｇｔｏｔｈｅｚｅｒｏｏｒｄｅｒａｎｄｏｔｈｅｒｈｉｇｈｅｒｏｒｄｅｒｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｈｏｌｏｇｒａｍｓ.Ｏｎｔｈｅ…