一种无透镜全息投影中抑制振铃现象的方法技术

本发明专利技术提出一种无透镜全息投影中抑制振铃现象的方法。该方法通过减小全息面与收敛光聚焦平面之间的距离，从而突破传统算法中衍射距离与收敛光聚焦距离和收敛光聚焦平面和全息面之间距离关系的限制，可以全息面上可以记录更加完整的衍射场而不丢失高频信息，并且可以降低传递函数对再现像的影响，从而达到消除振铃现象。该方法不会增加整个系统的复杂度，可以消除无透镜全息投影再现时出现的振铃现像，并且能够提升再现像的质量，在微型投影领域具有广泛的实用性。

【技术实现步骤摘要】
一种无透镜全息投影中振铃现象的抑制方法
本专利技术涉及一种全息显示与全息投影领域，特别涉及一种全息投影中再现像质量提升的方法。
技术介绍
无透镜全息投影技术是近年来全息显示的热门领域，其精简的系统尺寸，与简便的投影方式，使得其成为新一代投影技术成为可能。无透镜全息投影最早是由RichardP.Muffoletto于2007年提出的变采样率菲涅尔衍射公式发展而来，这种投影方式可以实现不使用透镜实现投影图像的缩小与放大，这种不采用透镜的投影方式降低了光学系统的复杂性，从而使得投影系统可以集成在更小的设备之中，因此具有很强的广泛实用性。然而在无透镜全息投影的再现像中出现的振铃现象降低了投影像的质量，限制了其在微型投影领域的发展。通过突破传统方法中衍射距离和缩放因子之间关系的限制，使得传递函数对再现像的影响变小，并且能够保留物体的高频信息，从而可以抑制振铃现像。
技术实现思路
本专利技术针对上述无透镜全息投影再现像中出现振铃现象的问题，提出了一种无透镜全息投影中抑制振铃现象的方法。所述消除无透镜全息投影再现像中振铃现象的方法具体描述如下：步骤一：对输入图像的振幅A(x2,y2)乘以收敛光w(x2,y2),其结果的复振幅表示为u2(x2,y2)=A(x2,y2)∙w(x2,y2)，其中收敛光表示为w(x2,y2)=exp(-iπ(s2x22+t2y22)/λd2)，d2为收敛光的聚焦距离,s，t分别是x,y方向上的缩放因子；步骤二：设置衍射的距离z及缩放因子s和t的大小，传统方法中衍射距离z等于收敛光聚焦距离d2与收敛光聚焦平面和全息面之间距离d1之和,表示为z=d2+d1,其中d1=d2/s或d1=d2/t,而在本专利技术中需要设置d1<d2/s或d1<d2/t；步骤三：使用设置正确的z作为变采样率菲涅尔衍射的衍射距离来计算全息面上的复振幅分布u1(x1,y1)，可以表示为u1(x1,y1)=FrT{u2(x2,y2),z，s,t},其中FrT为变采样率菲涅尔衍射；步骤四：对全息面上复振幅进行编码得到全息图。所述方法的有益效果在于：本专利技术的方法不会增加整个系统的复杂度，可以消除无透镜全息投影再现时出现的振铃现像，提升再现像的质量。四、附图说明附图1为本专利技术的所使用的无透镜全息投影系统。附图2为本专利技术所提出的抑制无透镜全息投影中振铃现像的方法。附图3为实验图像：3(a)为原始输入图像，3(b)为全息面振幅分布图像，3(c)，3(d)分别为传统方法模拟重建图像与本专利技术所提方法重建图像。附图4为光学重建图像：4(a),4(b)分别为传统方法光学重建图像与本专利技术所提方法光学重建图像。五、具体实施方式下面详细说明本专利技术一种无透镜全息投影中抑制振铃现象的方法的一个典型实施例，对该方法进行进一步的具体描述。有必要在此指出的是，以下实施例只用于该方法做进一步的说明，不能理解为对该方法保护范围的限制，该领域技术熟练人员根据上述该方法内容对该方法做出一些非本质的改进和调整，仍属于本专利技术的保护范围。所述消除无透镜全息投影再现像中振铃现象的方法具体描述如下：步骤一：对输入图像的振幅A(x2,y2)乘以收敛光w(x2,y2),其结果的复振幅表示为u2(x2,y2)=A(x2,y2)∙w(x2,y2)，其中收敛光表示为w(x2,y2)=exp(-iπ(s2x22+t2y22)/λd2)，d2为收敛光的聚焦距离,s，t分别是x,y方向上的缩放因子。步骤二：设置衍射的距离z及缩放因子s和t的大小，传统方法中衍射距离z等于收敛光聚焦距离d2面和全息面之间距离d1之和,表示为z=d2+d1,其中d1=d2/s或d1=d2/t,而在本专利技术中需要设置d1<d2/s或d1<d2/t。步骤三：使用设置正确的z作为变采样率菲涅尔衍射的衍射距离来计算全息面上的复振幅分布u1(x1,y1)，可以表示为u1(x1,y1)=FrT{u2(x2,y2),z},其中FrT为变采样率菲涅尔衍射，变采样率菲涅尔衍射公式如下：式中Cz为常数相位因子Cz=exp(ikz+iπ/λz((1-s)x12+(1-t)y12))/(iλz),φu,φh为二次相位因子φu=iπ/λz((s2-s)x22+(t2-t)y22)，φh=iπ/λz(sx22+ty22)，FFT，FFT-1为快速傅里叶变换和逆变换。步骤四：对全息面上复振幅进行编码得到全息图。下面介绍无透镜全息原理以及本专利技术能够消除振铃现像的原因。无透镜全息投影原理图如图1所示，首先对输入图像乘以收敛光，这样光线的传播会按照收敛光的传播方向进行汇聚再发散，然后采用变采样率菲涅尔衍射算法计算得到全息面的衍射场，对生成的衍射场进行编码即可得到全息图。通过改变变采样率菲涅尔衍射公式中的缩放因子s得到不同的全息图，然后将全息图加载到空间光调制器上即可实现再现像的缩放投影。原理图中d1与d2的关系满足d2=d1·或d2=d1∙t，此时再现像中会产生振铃现象。本专利技术所述的消除振铃现象方法的原理图如图2所示，通过减小全息面与收敛光聚焦平面之间的距离来突破传统方法中d2=d1·s和d2=d1∙t关系的限制,全息面位置的改变如图2中的实线位置和虚线位置所示，∆d为改变的距离，因此可以在全息面上可以记录更加完整的衍射场而不丢失高频信息，并且可以降低传递函数对再现像的影响，从而达到消除振铃现象的目的。在本实施例中，输入图像的像素大小为1920×1080，其振幅分布A(x2,y2)如图3(a)所示。收敛光w(x2,y2)的聚焦距离d2为0.9m,x方向和y方向上的缩放因子分别是s,t，均设置为3，光波长λ为532nm。传统方法中，最终的衍射距离为z=d2+d1=d2+d2/s=0.9+0.9/3=1.2m；本专利技术中，收敛光聚焦平面与全息面的距离要求d1<d2/s或d1<d2/t，设置为0.21m，最终衍射距离z=d2+d1=0.9+0.21=1.11m。将衍射距离z作为变采样率菲涅尔衍射的衍射距离，使用变采样率菲涅尔衍射计算得到最终全息面的复振幅为u1(x1,y1)其振幅分布如图3(b)所示。本专利技术中可以采用振幅型和相位型全息图编码方法，本实例采用双相位编码方法，将全息面复振幅u1(x1,y1)分解为两个相位矩阵相加的形式表示，然后以棋盘格的方式排布两个相位，即可生成相位型全息图。下面说明本专利技术的对振铃现像的抑制效果，图3(c)为传统方法重建图像，图3(d)为本专利技术所提方法重建图像，图4(a),4(b)分别为传统方法光学重建图像以及本专利技术所提方法光学重建图像，从图中可以看到本方法对振铃现像有着明显的抑制效果。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无透镜全息投影中抑制振铃现像的方法，其特征在于按如下步骤进行： 步骤一，对输入图像的振幅A(x2,y2)乘以收敛光w(x2,y2), 其结果的复振幅表示为u2(x2,y2)=A(x2,y2)∙w(x2,y2)，其中收敛光表示为w(x2,y2)=exp(‑iπ(s2x22+t2y22)/ λ d2)，d2为收敛光的聚焦距离, s，t分别是x, y方向上的缩放因子； 步骤二，设置衍射的距离z及缩放因子s和t的大小，传统方法中衍射距离z等于收敛光聚焦距离d2与收敛光聚焦平面和全息面之间距离d1之和, 表示为z=d2+d1, 其中d1=d2/s或d1

【技术特征摘要】
1.一种无透镜全息投影中抑制振铃现像的方法，其特征在于按如下步骤进行：步骤一，对输入图像的振幅A(x2,y2)乘以收敛光w(x2,y2),其结果的复振幅表示为u2(x2,y2)=A(x2,y2)∙w(x2,y2)，其中收敛光表示为w(x2,y2)=exp(-iπ(s2x22+t2y22)/λd2)，d2为收敛光的聚焦距离,s，t分别是x,y方向上的缩放因子；步骤二，设置衍射的距离z及缩放因子s和t的大小，传统方法中衍射距离z等于收...

【专利技术属性】
技术研发人员：王君，陈纯，刘婵娟，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川,51