一種計算全息圖真彩色顯示的方法
2023-11-30 09:04:56 1
專利名稱：一種計算全息圖真彩色顯示的方法
技術領域：
本發明涉及計算全息顯示技術，更具體地說，本發明涉及計算全息真彩色顯示技術。
背景技術：
基於空間光調製器的計算全息顯示是一種真三維立體顯示技術，能重建出三維場景的全真立體圖像，該立體圖像包含連續的視差信息，觀看者無需佩戴輔助設備就可獲得觀看真實景物的感覺，且沒有立體觀看視疲勞。然而全息圖在進行再現時利用了光的衍射原理，再現光必須為波長固定的相干光，因此，再現像的顏色單一。為了實現較好像質的真彩色計算全息顯示，需要複雜的再現光學系統，目前還沒有較為簡單的再現方法。在傳統的計算全息真彩色顯示系統中，採用三個空間光調製器和紅色、綠色、藍色 三個雷射器進行顯示，如附圖
I所示。在再現時，空間光調製器經過驅動面板的驅動而工作，三個雷射器分別照射一個空間光調製器，在同一位置處對應再現出紅綠藍三色再現像，實現了真彩色顯示。但是，在該方法中為了避免色差的出現，需要進行複雜的對位操作。且雷射器的使用會給再現像帶來斑點噪聲，給觀看不當的觀看者帶來眼睛上的損傷。隨著計算全息真彩色顯示的發展，採用光譜相對較窄且價格便宜的紅色、綠色、藍色LED光源代替雷射器作為再現光源進行真彩色全息顯示。LED光源通過一針孔濾波可實現再現光的空間相干性。三色LED光源結合著人類視覺原理，通過時序法實現了計算全息真彩色再現，如附圖2所示。同步控制電路保證LED再現光顏色和計算全息圖記錄場景顏色相同並同步變化，三幅全息圖在5Q s內輪流輸入到同一空間光調製器上，則三色再現像在同一位置處輪流再現，人眼在視覺暫留效應內，即可觀察到真彩色全息再現像。此方法再現光學系統得到相對簡化，但是同步電路的製作比較繁瑣。
發明內容
本發明提出一種以白光LED作為再現光源，單幅合成計算全息圖進行真彩色顯示的方法。該方法包括合成計算全息圖的製作和具有像素結構濾光片的設計兩個步驟。合成計算全息圖的結構如附圖3所示。首先利用計算機圖像處理的方法將待記錄的彩色場景分色成紅綠藍三色場景，場景的尺寸為zX_F，記錄場景的頻域寬度為
它們滿足
Bx= Bf = ^.................^.....^.................(I)·.
Λ α
式中』為物波波長，設定物波分別為紅光、綠光、藍光，對應波長為，場景距離全息圖的距離為參考光與Z軸的夾角正弦值為SiZ7P。利用博奇編碼的方式對應製作三幅菲涅爾全息圖，編碼時設定物光、參考光的顏色和記錄場景的顏色相同，三幅全息圖記錄的信息值在計算機中對應儲存在三個二維矩陣^、卿g(M，N)熱mapb (M，N)中，為每幅全息圖總的抽樣點數，抽樣間隔為Λζ、Λ_7。利用三幅菲涅爾全息圖製作出一幅合成計算全息圖，此記錄的信息值儲存在矩陣《部汲如中。該合成計算全息圖記錄著三色場景信息，記錄著相同顏色場景信息值的抽樣單元為合成全息圖中的一成分，每一成分的抽樣間隔為Λ ξ >Δ η。優選地，為避免記錄著不同顏色場景信息的全息圖的疊加而引起再現像的串擾，避免每一成分的全息圖僅記錄場景某些特定方向信息保證觀看立體連續性識(Μ, N)滿足
式中A為正整數。在製作三幅菲涅爾全息圖和合成計算全息圖時避免丟失信息，抽樣
間隔
在使用空間光調製器再現該合成計算全息圖時，Λζ、Λ_7在滿足式(5)的基礎上分別等於空間光調製器的橫向像素間隔、豎向像素間隔。其次，本發明設計一具有像素結構的濾光片，結構如附圖4所示。此濾光片包含紅色濾光片、綠色濾光片和藍色濾光片，像素單元濾光片的尺寸為Λ XX Λ _f，可通過光刻工藝製作。將合成計算全息圖輸入到空間光調製器，再現光路系統如附圖5所示。濾光片置於空間光調製器的前方，保證任意像素單元濾光片、記錄著相同顏色場景信息的全息圖抽樣單元和再現光三者在同一直線上。白色LED光源經過一針孔濾波和像素結構的濾光片後，再現光具有了空間相干性和時間相干性，則紅綠藍三色再現像在同一位置處疊加，實現真彩色全息再現。附圖的說明
附圖I為傳統計算全息真彩色再現的原理示意圖。附圖2為時序法實現計算全息真彩色再現的原理示意圖。附圖3為本發明中合成計算全息圖的結構示意圖。
附圖4為本發明中像素結構濾光片的結構示意圖。附圖5為本發明中單幅計算全息圖真彩色顯示的原理示意圖。附圖6為被記錄的彩色場景。附圖7為彩色場景的再現像。上述附圖中的圖示標號為
I計算機，2驅動板，3空間光調製器，4分離器，5準直透鏡，6紅色雷射器，7綠色雷射器，8藍色雷射器，9觀看者，10同步控制電路，11紅色LED光源，12綠色LED光源，13藍色LED光源，14針孔，15合成全息圖中記錄紅色場景的全息圖抽樣單元，16合成全息圖中記錄綠色場景的全息圖抽樣單元，17合成全息圖中記錄藍色場景的全息圖抽樣單元，18像素結構的濾光片，19紅色濾光片,20綠色濾光片,21藍色濾光片,22白色LED光源。 應該理解上述附圖只是示意性的，並沒有按比例繪製。
具體實施例方式下面詳細說明利用本發明一種計算全息圖真彩色顯示的方法的一個典型實施例，對本發明進行進一步的具體描述。有必要在此指出的是，以下實施例只用於本發明做進一步的說明，不能理解為對本發明保護範圍的限制，該領域技術熟練人員根據上述本發明內容對本發明做出一些非本質的改進和調整，仍屬於本發明的保護範圍。確定彩色場景尺寸為lc X lc ,如附圖6所示,利用Matlab程序對此場景進行三基色分色處理，形成三幅單色場景圖。設置乙=1500〃 、Λ r=632. 8/ 、Λ ^=514. 5/ 、
Λ α=488. hnm.sin θ=0. 01,，為了避免合成全息圖記錄信息的丟失,根據
權利要求
1.一種計算全息圖真彩色顯示的方法，其特徵在於，該方法以白光LED作為再現光源，包括合成計算全息圖的製作和具有像素結構濾光片的設計兩個步驟。
2.根據權利要求I所述的一種計算全息圖真彩色顯示的方法，其特徵在於，合成計算全息圖的製作步驟為首先利用計算機圖像處理的方法將待記錄的彩色場景分色成紅綠藍三色場景，利用博奇編碼的方式對應製作三幅菲涅爾全息圖，編碼時設定物光、參考光的顏色和記錄場景的顏色相同，三幅全息圖記錄的信息值在計算機中對應儲存在三個二維矩陣mapr (M，N)、mapg(M，N)熱mapb (M，N) ^,MXN為每幅全息圖總的抽樣點數,抽樣間隔為 AiAjs利用三幅菲涅爾全息圖製作出一幅合成計算全息圖，此記錄的信息值儲存在矩陣汲如中，該合成計算全息圖記錄著三色場景信息，記錄著相同顏色場景信息值的抽樣單元為合成全息圖中的一成分，每一成分的抽樣間隔為A f、A /7，為避免記錄著不同成分全息圖的疊加而引起再現像的串擾，避免每一成分的全息圖僅記錄場景某些特定方向信息保證觀看立體連續性如滿足 mopr{M,N、) M = 3k _ 2 map(M, N') = < mapg(M, M) M = 3k-I N = Zk Vnapb(MjN) M = 3k mapr(M ,N) M = 3k map Qd, IP) = < mapg(M, N) M = Zk-I, N= 2k maph(M,N) M ~3t-l 式中A為正整數；在製作三幅菲涅爾全息圖和合成計算全息圖時避免丟失信息，抽樣間隔 Az、A_f、A I"、A n 滿足 厶上=IhxMri^ 3Ay, Ax I.￡ -^―—8& 6 B,. 為記錄場景的頻域寬度；在使用空間光調製器再現該合成計算全息圖時，AA_f在滿足上式的基礎上分別等於空間光調製器的橫向像素間隔、豎向像素間隔。
3.根據權利要求I所述的一種計算全息圖真彩色顯示的方法，其特徵在於，具有像素結構的濾光片包含紅色濾光片、綠色濾光片和藍色濾光片，像素單元濾光片的尺寸為AxX A_f，可通過光刻工藝製作，將合成計算全息圖輸入到空間光調製器，濾光片置於空間光調製器的前方，保證任意像素單元濾光片、記錄著相同顏色場景信息的全息圖抽樣單元和再現光三者在同一直線上，白色LED光源經過一針孔濾波和像素結構的濾光片後，再現光具有了空間相干性和時間相干性，則紅綠藍三色再現像在同一位置處疊加，實現真彩色全息再現。
全文摘要
本發明提出一種白光LED作為再現光源，單幅合成計算全息圖進行真彩色顯示的方法。該方法包括合成全息圖的製作和像素結構濾光片的設計兩個步驟。本發明首先採用博奇編碼的方式對同一場景的三分色圖製作菲涅爾全息圖，基於三基色彩色顯示的原理和全息圖的記錄再現特性，將三幅編碼圖按特殊結構合成一幅全息圖進行再現。其次，本發明設計一具有像素結構的濾光片，實現了白光LED作為再現光源的真彩色全息顯示。
文檔編號G03H1/26GK102799099SQ201210318908
公開日2012年11月28日 申請日期2012年9月3日 優先權日2012年9月3日
發明者王瓊華, 劉素娟, 李磊, 李大海, 李述利 申請人:四川大學