一種精確光強調製的全息顯示方法
2023-06-01 22:58:21
一種精確光強調製的全息顯示方法
【專利摘要】本發明公開了一種精確光強調製的全息顯示方法，本發明利用兩個空間光調製器，通過獨特的編碼方式、優化的系統結構，實現了精確光強調製的全息顯示，提高了顯示的精細度，同時不降低系統的解析度。與現有技術相比，本發明的技術方案實現了一種快速編碼、高清晰再現的全息顯示。滿足了人們日益增長的需求。
【專利說明】一種精確光強調製的全息顯示方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及全息顯示領域，更具體涉及一種精確光強調製的全息顯示方法。
【背景技術】
[0002]空間光調製器是加載全息圖進行三維物體重建的器件，是動態全息三維顯示的核心器件，因此空間光調製器器件水平決定了再現效果(包括再現像尺寸、解析度和視場角等)。但現有的空間光調製器無法滿足動態全息三維顯示所需的空間帶寬積要求。LCoS是目前動態全息三維顯示研究中較為常見的一種空間光調製器，特別是純相位的LCoS調製器件具有衍射效率高的特點而得到的廣泛的應用。如德國的Holoeye公司推出了解析度達到1920X 1080、像素尺寸約為8微米的純相位型空間光調製器，美國的BNS(BoulderNonlinear Systems)公司推出了填充因子達到100%的空間光調製器。受到空間光調製器工作原理的限制，波前調製僅能完成純振幅型、純相位型和振幅兼相位型(即調製振幅時會引入一定的相位延時)。相位型光學元件具有較高的衍射效率，因此利用純相位型空間光調製器可以實現較高的光能利用率，具有更好的應用前景；但純相位型空間光調製器只能加載相位分布，不能通過目標圖像(目標強度/振幅分布)的直接加載來實現圖像的顯示。現有技術通常從算法和系統兩個思路解決以上提到的問題:
[0003]在算法方面，人們使用迭代算法和優化算法將目標圖像編碼成可以加載到純相位型空間光調製器上的相位分布。最為經典的是GS算法，由R.Gerchberg和W.Saxton於1971年提出。該方法利用輸入輸出面之間的正反傅立葉變換與輸入輸出面上的光場限制條件，反覆迭代直到其滿足設計需求。GS算法首先將目標圖像與一個同樣大小的隨機位相矩陣分別作為初始輸入的振幅和位相，對其進行傅立葉逆變換後將振幅歸一，然後對歸一化的位相矩陣進行傅立葉變換，將得到的振幅矩陣由目標圖像來進行代替，最後將其進行傅立葉逆變換從而完成一次循環。
[0004]在系統方面，提出了基於雙空間光調製器的全息投影系統。雷射器發出的單色光由分束鏡分束，兩束光分別由針孔濾波後通過擴束鏡變為平行光分別入射到兩個空間光調製器上，經空間光調製器調製後產生的光波前經半透半反鏡合束後通過傅立葉變換透鏡，在其焦平面上幹涉，顯示出目標圖像。加載到兩個空間光調製器上的位相分布分別通過數學公式解析地求得，計算中不經過迭代過程。
[0005]通過迭代算法和優化算法編碼全息圖時，只有經過大量的迭代過程才能求解、編碼出可以加載到空間光調製器上的全息圖。這一過程耗時，對計算系統要求很高:只有很快的計算過程才能滿足顯示的實時性。不僅如此，利用這些方法求得的全息圖在顯示時，依然無法實現精確的圖像顯示，圖像中存在計算散斑噪聲。造成這一問題的原因是計算時，使用了隨機相位因子(通常使用完全隨機分布)，其具有無限的帶寬分布；但在計算頻域部分時，僅能對有限帶寬進行採樣計算，因此造成了信息丟失，引入了噪聲。儘管利用偽隨機相位分布可以彌補這一問題，但會延長計算時間。
[0006]利用基於雙空間光調製器的全息投影系統，雖然能夠解決利用迭代算法和優化算法編碼全息圖的問題，但這種方法嚴重地降低了系統的空間帶寬積一系統的解析度。系統中兩個空間光調製器上的每一個對應的像素需要一一對應，這樣在無形中減少了整個系統的解析度；儘管系統使用了兩個空間光調製器，但實際顯示時，其顯示圖像的解析度僅與一個空間光調製器的解析度相同。
【發明內容】
[0007](一 )要解決的技術問題
[0008]本發明要解決的技術問題就是提供一種實現高解析度、高精細度、精確光強調製的全息顯示方法。
[0009]( 二 )技術方案
[0010]為了解決上述技術問題，本發明提供了一種精確光強調製的全息顯示方法，包括步驟:
[0011]步驟一:利用解析公式求取全息圖過程:
[0012]確定光波場振幅分布:目標圖像即為最終成像時的光場強度分布，是振幅的平方；
[0013]計算兩張純相位全息圖中的第一列的每一個像素上的相位分布，將振幅分布中的第一列根據如下公式分解:
【權利要求】
1.一種精確光強調製的全息顯示方法，其特徵在於，包括步驟: 步驟一:利用解析公式求取全息圖過程: 確定光波場振幅分布:目標圖像即為最終成像時的光場強度分布，是振幅的平方； 計算兩張純相位全息圖中的第一列的每一個像素上的相位分布，將振幅分布中的第一列根據如下公式分解:
2.根據權利要求1的精確光強調製的全息顯示方法，其特徵在於，所述相干光源為雷射；所述部分相干光源為LED。
3.根據權利要求1的精確光強調製的全息顯示方法，其特徵在於，當採用解析度為1920X1080的空間光調製器時，N的數值範圍為1-1920。
【文檔編號】G03H1/22GK104035314SQ201410225593
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年5月26日 優先權日:2014年5月26日
【發明者】劉娟, 李昕, 王湧天 申請人:北京理工大學