一种基于向内传播模型的柱面计算全息记录方法技术

本发明专利技术提出基于向内传播模型的柱面计算全息记录方法。首先，建立同轴双柱面的向内传播模型，内柱面作为全息记录面，而外柱面作为物体的任意一层切面，这样被记录的物体的尺寸就不会受到限制；接着，利用点源法计算得到全息记录面上物光的光场分布；然后，以半径接近于零的同轴内柱面作为参考光，利用点源法计算得到全息记录面上参考光的光场分布；最后，全息记录面上物光与参考光的光场相叠加就得到计算全息图。应用该发明专利技术的方法得到的全息图再现时，具有最大360°的视角和被记录物体大小不受限制的三维显示特性。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提出基于向内传播模型的柱面计算全息记录方法。首先，建立同轴双柱面的向内传播模型，内柱面作为全息记录面，而外柱面作为物体的任意一层切面，这样被记录的物体的尺寸就不会受到限制；接着，利用点源法计算得到全息记录面上物光的光场分布；然后，以半径接近于零的同轴内柱面作为参考光，利用点源法计算得到全息记录面上参考光的光场分布；最后，全息记录面上物光与参考光的光场相叠加就得到计算全息图。应用该专利技术的方法得到的全息图再现时，具有最大360°的视角和被记录物体大小不受限制的三维显示特性。【专利说明】
本专利技术涉及一种全息记录方法，具体涉及。
技术介绍
全息三维显示可提供人眼所能感知的全部深度暗示，是符合人眼观看习惯的理想三维可视化手段。与传统的光学全息技术相比，计算全息技术避开了全息实际记录光路的限制，不仅可以显示虚拟物体，而且可以显示真实场景，具有制作简单、效率高、成本低和便于信息的存储和传输等显著优点。但是计算全息三维显示目前还存在视角受限、被记录物体受限等制约。 2008年，韩国首尔大学提出了利用曲线式阵列空间光调制器(SLM)实现全息3D再现像水平视角的扩展，通过在SLM前添加曲线阵列式透镜组，加载全息图到SLM并控制显示时序，再现像的水平视角可达到22.8°。2011年，比利时的Stahl等学者通过研究高分辨率的调制器，实现了在一块芯片上制作100万个微衍射装置(DND)的目标，其像素尺寸在Iym以下，再现像的视角达到30°。 为了彻底突破平面计算全息的视角问题，2005年，日本筑波大学提出了一种能实现360°视角的柱面计算全息的记录方法，该方法首次建立了基于向外传播模型的柱面全息记录方法。2010年，日本宇都宫大学针对该柱面全息记录方法，提出了基于频域的快速算法，进一步推动了柱面计算全息的应用发展。但是，此类全息记录方法仍然存在被记录物体尺寸受限的缺点。
技术实现思路
本专利技术针对上述柱面计算全息记录方法存在的被记录物体尺寸受限的缺点，提出一种基于同轴双柱面向内传播模型的柱面计算全息记录方法。 该方法通过以下技术方案实现:第一，建立同轴双柱面的向内传播模型，内柱面作为全息记录面，而外柱面作为三维物体的任意一层柱面切面，这样被记录的物体的尺寸就不会受到限制。 第二，利用点源法计算全息记录面上物光的光场分布，即:假设三维物面是点光源的集合，而物光在全息记录面上的任意一点的光场分布则是物面上所有的点光源向内传播到该全息记录点上光场分布内法线方向分量的累加，在全息记录面上重复以上过程则可以得到全息记录面上所有记录点的物光光场分布；其中，向内传播模型的外柱面只是三维物体的任意一个切面，每个切面皆可应用上述方法去计算该层切面的物光在全息记录面上的光场分布，将所有的切面上的物光在全息记录面上的光场分布累加即可得到整个三维物体在全息记录面上的光场分布。 第三，建立同轴内柱面的参考光模型，它优先考虑柱面半径接近于零，高度与柱面模型垂轴相等，柱面上所有点外法线的集合构成参考光，这样参考光就近似是点光源组成的线光源，而参考光在全息记录面上的任意一点的光场分布则是参考光模型上所有的点光源向外传播到该全息记录点上光场分布外法线方向分量的累加，在全息记录面上重复以上过程则可以得到全息记录面上参考光的光场分布。 第四，全息记录面上的物光光场与参考光光场相叠加(干涉)就可以得到全息记录面上的光场分布，经过编码处理即得到全息图。 该专利技术在应用过程中可以只选取柱面模型的一部分，例如三分之一即120°的柱面，即可实现120°的视角显示。 此外，本专利技术的向内传播模型中，物光和参考光可以是可见光，也可以是不可见光，理论上任何波长的电磁波都适用。 本专利技术计算生成的全息图从类型上，可以是菲涅尔全息图或者傅里叶全息图，也可以是像全息图。 本专利技术的记录方法得到的全息图再现时，由于是柱面的全息图，它自然就具有最大360°的视角；由于记录方式是向内传播，全息记录面在内，而被记录物体在外面，因而被记录物体的尺寸就不会受到限制。 附图的说明附图1为基于向内传播模型的柱面计算全息记录方法的数学模型及几何关系示意图。 附图2是以字符“Sichuan University”图为柱面图像。 上述附图中的图示标号为:1:三维物面,2:全息记录面,3:三维物面半径:全息记录面半径5:三维物面上任意一点P，6:上任意一点Q，7:三维物面上任意一点P在xoy平面上的投影点与ox轴的夹角1，8:全息记录面上任意一点Q在xoy平面上的投影点与ox轴的夹角〃ρ,9:三维物面上任意一点P与全息记录面上任意一点Q的几何距离dPQ注:上述附图只是示意性的，并没有按比例绘制。 【具体实施方式】 现在将参照附图，对本明本专利技术做进一步的阐述是:附图1是的数学模型及几何关系示意图。其中外柱面为三维物面，半径为内柱面为全息记录面，半径为^ ;参考光模型为半径接近于零的柱面，半径为r0趋于O ;模型的高度为H, ο为Z7Z坐标系的原点，也是柱面坐标系的原点。 假设Z7点是物面上的任意一点，其柱面坐标系的坐标为Z1) ; 0点是全息记录面上的任意一点，其柱面坐标系的坐标为扒z2~) W点是参考光模型面上的任意一点，其柱面坐标系的坐标为Z0);根据如图所示的几何关系分析，产点与0点之间的距离为Orw，其计算公式为: 【权利要求】1.，其特征在于，所述方法包括以下步骤:首先，建立同轴双柱面的向内传播模型，内柱面作为全息记录面，而外柱面作为物体的任意一层切面；其次，利用点源法计算全息记录面上物光的光场分布；然后，建立参考光模型，它优先是一个近似点光源组成的线光源，利用点源法计算全息记录面上参考光的光场分布；最后，物光与参考光传播到全息记录面上的光场相干涉就可以得到全息图。2.根据权利要求1中所述的，其特征在于，所述的向内传播模型的全息记录面在内部，位于向内传播模型外柱面的三维物体的光场是向内传播到达全息记录面的；其中，向内传播模型的外柱面只是三维物体的任意一个切面，每个切面皆可应用本专利技术的方法去计算该层切面的物光在全息记录面上的光场分布，将所有的切面上的物光在全息记录面上的光场分布累加即可得到整个三维物体在全息记录面上的光场分布。3.根据权利要求1中所述的，其特征在于，所述的参考光模型优先考虑柱面半径接近于零，高度与柱面模型垂轴相等，柱面上所有点外法线的集合构成的参考光，该参考光近似是点光源组成的线光源。4.根据权利要求1中所述的，所述的向内传播模型的形状可以是完整的圆柱，也可以是一部分，对应的全息图再现时就具有相应的部分可视角。5.根据权利要求1中所述的，所述的物光和参考光可以是可见光，也可以是不可见光，理论上任何波长的电磁波都适用。6.根据权利要求1中所述的，所述的向内传播模型计算生成的全息图可以是菲涅尔全息图或者傅里叶全息图，也可以是像全息图。【文档编号】G03H1/10GK104199266SQ201410330938【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年7月14日 优先权日:2014年7月14日 【专利技术者】王君, 王琼华 申请人:四川大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于向内传播模型的柱面计算全息记录方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：首先，建立同轴双柱面的向内传播模型，内柱面作为全息记录面，而外柱面作为物体的任意一层切面；其次，利用点源法计算全息记录面上物光的光场分布；然后，建立参考光模型，它优先是一个近似点光源组成的线光源，利用点源法计算全息记录面上参考光的光场分布；最后，物光与参考光传播到全息记录面上的光场相干涉就可以得到全息图。

【技术特征摘要】

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