一種精確強度調製全息顯示的全息圖編碼方法
2023-06-01 22:58:26 3
一種精確強度調製全息顯示的全息圖編碼方法
【專利摘要】本發明涉及一種精確強度調製全息顯示的全息圖編碼方法，利用幹涉的原理將目標圖像光強精確地編碼為兩張純相位全息圖，使用簡單、解析的遞歸算法，避免了計算散斑噪聲的出現，精確光強編碼提供了更高的顯示質量，同時高速編碼能夠滿足顯示系統的實時性。可廣泛應用於動態全息三維顯示領域。
【專利說明】一種精確強度調製全息顯示的全息圖編碼方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種動態全息三維顯示方法，尤其涉及一種精確強度調製全息顯示的全息圖編碼方法。
【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其中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1920X1080、像素尺寸約為8微米的純相位型空間光調製器，美國的BNS(Boulder Nonlinear 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，也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。
[0003]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。其中在算法方面，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空間光調製器上的相位分布。最為經典的是GS算法，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]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。
【發明內容】
[0005](一 )要解決的技術問題
[0006]本發明要解決的技術問題就是如何提供一種計算過程簡化，且在全息圖顯示時，能滿足實時性、精確性、圖像無噪聲等要求的全息圖編碼方法。[0007]( 二)技術方案
[0008]為了解決上述技術問題，本發明提供了一種精確強度調製全息顯示的全息圖編碼方法，其特徵在於，包括以下步驟:
[0009]步驟一:確定光波場振幅分布；
[0010]步驟二: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一將振
幅分布中的第一列根據如下公式分解:
[0011]
【權利要求】
1.一種精確強度調製全息顯示的全息圖編碼方法，其特徵在於，包括以下步驟: 步驟一:確定光波場振幅分布； 步驟二: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一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所述的方法，用於基於光柵精確強度調製的三維全息顯示，其特徵在於，包含以下步驟: 步驟一:搭建基於光柵頻域加法的雙空間光調製器精確調製系統，將其中一個空間光調製器編號為第一空間光調製器(10)，另一個編為第二空間光調製器(11)； 第一空間光調製器(10)、第二空間光調製器(11)位於同一個平面上； 步驟二:利用相干光源或部分相干光源經過擴束、準直，生成平行光，照射基於光柵頻域加法的雙空間光調製器精確調製系統；經由兩個空間光調製器調製過的光波經過首先通過第一傅立葉透鏡(12)，將光波場變換到傅立葉頻譜域中；通過光柵(13)的衍射作用，再通過第二傅立葉透鏡(14)變換至空域中，使得第一空間光調製器(10)、第二空間光調製器(11)調製過的光波被平移到一起；通過光柵(13)使得兩個光波之間存在半個空間光調製器像素間距的錯位； 其中，第一傅立葉透鏡(12)，光柵(13)，第二傅立葉透鏡(14)，顯示圖像之間的關係滿足:第一傅立葉透鏡和兩個空間光調製器之間的距離(16)，第一傅立葉透鏡和光柵之間的距離(17)，等於第一傅立葉透鏡(12)的焦距；第二傅立葉透鏡和光柵之間的距離(18)，第二傅立葉透鏡和顯示圖像之間的距離(19)，等於第二傅立葉透鏡(14)的焦距； 步驟三:將權利要求1中計算求得的相位，按照次序分別放置到第一空間光調製器(10)、第二空間光調製器(11)上，得到加載到第一空間光調製器上的全息圖⑶和加載到第二空間光調製器上的全息圖(9)，從而實現顯示。
3.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述第一傅立葉透鏡(12)的焦距和第二傅立葉透鏡( 14)的焦距相等。
【文檔編號】G03H1/08GK104035313SQ201410225352
【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