全息图像生成方法、处理器及全息图像显示装置、设备制造方法及图纸

本发明专利技术涉及成像显示领域，提出了一种全息图像生成方法、处理器及全息图像显示装置、设备，该全息图像生成方法包括：基于目标图像的目标振幅相位分布进行全息变换，得到目标图像对应的全息相位图像；对全息相位图像进行相位量化，得到量化全息图像；对量化全息图像进行逆全息变换，得到目标图像对应的重建图像；若重建图像满足预设条件，则确定量化全息图像为目标全息图像；否则，对目标图像对应的重建图像的振幅相位进行约束，并基于振幅相位约束后的图像继续迭代。本发明专利技术能够快速、高效地实现单色及彩色高对比度、低噪声的实时全息图像生成和显示，而且，能够实现成像距离的任意调节，可广泛应用于汽车抬头显示，头戴显示等全息投影显示装备中。

【技术实现步骤摘要】
全息图像生成方法、处理器及全息图像显示装置、设备
本专利技术涉及成像显示领域，尤其涉及一种全息图像生成方法、处理器及全息图像显示装置、设备。
技术介绍
随着图像处理技术的发展，全息图和全息投影在我们的日常生活及工作生产中有着广泛的应用前景。具体的，全息图和全息投影可广泛用于图像显示，光存储加密，衍射元件设计，光通信，光刻等领域。尤其在显示领域，全息图和全息投影的能量利用率远高于传统投影，而且具有户外高亮度，体积小，结构简单，没有图像坏点，稳定性好等优势，因此，全息图可以用来实现大屏幕2D/3D投影，汽车抬头显示，头戴增强现实等。传统的全息图像生成方法利用Gerchberg-Saxton(GS)算法，IterativeFourierTransformAlgorithm(IFTA)算法，SimulatedAnnealing(模拟退火)算法等，但是，其共同缺点是效果受迭代次数的影响，运算量过大，迭代几次后容易停滞，误差不继续收敛，导致重建图像质量下降，噪声多，运算时间长等问题，而且即使继续增加迭代次数也无法减小噪声，重建图像质量差，无法实现图像的实时显示。另外，虽然可以利用视觉残留效应，短时间内将全息图的快速叠加来降低噪声，但效果仍不能满足需求。
技术实现思路
鉴于上述问题，提出了本专利技术以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的全息图像生成方法、处理器及全息图像显示装置、设备。本专利技术的一个方面，提供了一种全息图像生成方法，包括:基于目标图像的目标振幅相位分布进行全息变换，得到所述目标图像对应的全息相位图像；对所述全息相位图像进行相位量化，得到量化全息图像；对所述量化全息图像进行逆全息变换，得到所述目标图像对应的重建图像；若所述重建图像满足预设条件，则确定所述量化全息图像为目标全息图像；否则，对所述目标图像对应的重建图像的振幅相位进行约束，并基于振幅相位约束后的图像继续迭代。本专利技术的另一个方面，提供了一种信号处理器，包括:全息变换模块，用于对基于目标图像的目标振幅相位分布进行全息变换，得到所述目标图像对应的全息相位图像；相位量化模块，用于对所述全息相位图像进行相位量化，得到量化全息图像；逆全息变换模块，用于对所述量化全息图像进行逆全息变换，得到所述目标图像对应的重建图像；判定模块，用于判断全息相位图像是否满足预设条件，当所述重建图像满足预设条件时，确定所述量化全息图像为目标全息图像；复振幅约束模块，用于当所述重建图像不满足预设条件时，对所述目标图像对应的重建图像的振幅相位进行约束，并返回所述全息变换模块，以供所述全息变换模块基于振幅相位约束后的图像继续进行迭代。本专利技术的第三方面，提供了一种全息图像显示装置，包括如上所述的信号处理器、光源设备、空间光调制器SLM、傅里叶透镜、空间滤波器以及投影物镜，所述空间光调制器SLM用于将所述信号处理器得到的目标全息图像作为图像源，作用到所述光源设备入射的光束上，并通过所述傅里叶透镜和空间滤波器进行衍射传输变换和选择后得到全息重建图像，并通过所述投影物镜将所述全息重建图像投影放大后，形成对应的放大显示图像。本专利技术的第四方面，提供了一种全息图像显示装置，包括如上所述的信号处理器、光源设备、加载有数字球面相位调制的空间光调制器SLM、空间滤波器以及投影物镜，所述加载有数字球面相位调制的空间光调制器SLM用于将所述信号处理器得到的目标全息图像作为图像源，作用到所述光源设备入射的光束上进行衍射传输变换，并通过所述空间滤波器进行选择处理后得到全息重建图像，并通过所述投影物镜将所述全息重建图像投影放大后，形成对应的放大显示图像。本专利技术还提供了一种可穿戴设备，包括可穿戴装置和设置在所述可穿戴装置上的显示屏幕和如上所述的全息图像显示装置，所述显示屏幕上镀有反射膜或全息光学元件膜，以对所述全息图像显示装置生成的投影显示图像形成虚拟放大的像。本专利技术还提供了一种车载抬头显示设备，包括显示屏幕和如上所述的全息图像显示装置，所述显示屏幕上镀有反射膜或全息光学元件膜，以对所述全息图像显示装置生成的投影显示图像形成虚拟放大的像。本专利技术实施例提供的全息图像生成方法、处理器及全息图像显示装置、设备，通过判定重建图像是否满足预设条件，从而快速、高效地实现高对比度、低噪声的实时全息图像处理和显示，而且，可实现成像距离的任意调节。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本专利技术的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本专利技术的具体实施方式。附图说明通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本专利技术的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：图1为本专利技术实施例的全息图像生成方法的流程图；图2为本专利技术另一实施例的全息图像生成方法的流程图；图3为本专利技术另一实施例的全息图像生成方法的流程图；图4为本专利技术实施例的信号处理器的结构示意图；图5为本专利技术另一实施例的信号处理器的结构示意图；图6为本专利技术另一实施例的信号处理器的结构示意图；图7为本专利技术实施例中的信号处理器的具体芯片结构原理图；图8为本专利技术实施例的全息图像显示装置的结构示意图；图9为单色全息图像显示装置的原理图；图10为彩色全息图像显示装置的原理图；图11为可穿戴设备的成像原理图；图12为车载抬头显示设备的成像原理图。具体实施方式下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。本
技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本专利技术所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。图1示意性示出了本专利技术一个实施例的全息图像生成方法的流程图。参照图1，本专利技术实施例的全息图像生成方法具体包括以下步骤：步骤S11、基于目标图像的目标振幅相位分布进行全息变换，得到所述目标图像对应的全息相位图像。其中，所述全息变换可采用傅里叶变换、菲涅尔变换、快速傅里叶变换、分数阶傅里叶变换和角谱传播空间变换等方式实现。具体的，对于不同距离的3D全息成像显示，可采用菲涅尔变换、分数阶傅里叶变换、角谱传播空间变换等方式实现。步骤S12、对所述全息相位图像进行相位量化，得到量化全息图像。步骤S13、对所述量化全息图像进行逆全息变换，得到所述目标图像对应的重建图像。步骤S14、若所述重建图像满足预设条件，则确定所述量化全息图像为目标全息图像；步骤S15、若所述重建图像不满足预设条件，则对所述目标图像对应的重建图像的振幅相位进行约束，并基于振幅相位约束后的图像继续迭代。本实施例中，如图2所示，在所述基于目标图像的目标振幅相位分布进行全息变换之前，还包括步骤S10：步骤S10、获取目标图像本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全息图像生成方法，其特征在于，包括:基于目标图像的目标振幅相位分布进行全息变换，得到所述目标图像对应的全息相位图像；对所述全息相位图像进行相位量化，得到量化全息图像；对所述量化全息图像进行逆全息变换，得到所述目标图像对应的重建图像；若所述重建图像满足预设条件，则确定所述量化全息图像为目标全息图像；否则，对所述目标图像对应的重建图像的振幅相位进行约束，并基于振幅相位约束后的图像继续迭代。

【技术特征摘要】
1.一种全息图像生成方法，其特征在于，包括:基于目标图像的目标振幅相位分布进行全息变换，得到所述目标图像对应的全息相位图像；对所述全息相位图像进行相位量化，得到量化全息图像；对所述量化全息图像进行逆全息变换，得到所述目标图像对应的重建图像；若所述重建图像满足预设条件，则确定所述量化全息图像为目标全息图像；否则，对所述目标图像对应的重建图像的振幅相位进行约束，并基于振幅相位约束后的图像继续迭代。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述全息变换包括傅里叶变换、菲涅尔变换、快速傅里叶变换、分数阶傅里叶变换和角谱传播空间变换。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述对所述全息相位图像进行相位量化之后，所述方法还包括：若相位量化后的全息相位图像存在涡旋，则对所述量化全息图像的涡旋进行邻域插值，或替换为预设值，得到修正后的量化全息图像。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：判断所述重建图像的误差是否满足预设精度阈值，或所述重建图像对应的迭代次数是否达到预设总迭代次数阈值；若所述重建图像的误差小于预设精度阈值，或所述重建图像对应的迭代次数等于预设总迭代次数阈值，则确定所述重建图像满足预设条件。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：若所述重建图像的误差大于或等于所述预设精度阈值，且所述重建图像对应的迭代次数小于预设总迭代次数阈值，则执行所述对所述目标图像对应的重建图像的振幅相位进行约束的操作。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述对所述目标图像对应的重建图像的振幅相位进行约束的操作，包括：判断所述重建图像对应的迭代次数是否大于预设GS算法迭代次数阈值；若所述重建图像对应的迭代次数小于或等于所述预设GS算法迭代次数阈值，则根据GS算法采用目标振幅对所述重建图像进行第一类振幅约束；将第一类振幅约束后的重建图像作为新一轮迭代处理的目标图像进行处理，并更新迭代次数计数，直到得到的重建图像的误差满足预设精度阈值，或当前迭代次数等于预设总迭代次数阈值。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：若所述重建图像对应的迭代次数大于所述预设GS算法迭代次数阈值，判断所述重建图像的误差是否收敛；若所述重建图像的误差收敛，则根据预设的目标图像和重建图像对应的权重因子，以及补偿因子，对所述重建图像的振幅进行第二类振幅约束，以加速所述重建图像的误差收敛；并根据所述补偿因子进行补偿约束；将第二类振幅约束后的重建图像作为新一轮迭代处理的目标图像进行处理，并更新迭代次数计数，直到得到的重建图像的误差满足预设精度阈值，或当前迭代次数达到预设总迭代次数阈值。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：若所述重建图像的误差不收敛，则对所述重建图像进行第三类振幅或复振幅约束，以使所述重建图像的振幅或复振幅跳出局部极值，并将补偿因子重置为初始值；将跳出局部极值后的重建图像作为新一轮迭代处理的目标图像进行处理，并更新迭代次数计数，直到得到的重建图像的误差满足预设精度阈值，或当前迭代次数等于预设总迭代次数阈值。9.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述对所述目标图像进行相位分布计算之前，所述方法包括：根据不同颜色激光的波长，调节目标图像中相应颜色像素的尺寸。10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在所述对所述全息相位图像进行相位量化之前，所述方法包括：根据不同颜色激光的波长，确定各种颜色激光的量化阶数及量化范围。11.一种信号处理器，其特征在于，包括:全息变换模块，用于对目标图像的目标振幅相位分布进行全息变换，得到所述目标图像对应的全息相位图像；相位量化模块，用于对所述全息相位图像进行相位量化，得到量化全息图像；逆全息变换模块，用于对所述量化全息图像进行逆全息变换，得到所述目标图像对应的重建图像；判定模块，用于判断全息相位图像是否满足预设条件，当所述重建图像满足预设条件时，确定所述量化全息图像为目标全息图像；复振幅约束模块，用于当所述重建图像不满足预设条件时，对所述目标图像对应的重建图像的振幅相位进行约束，并返回所述全息变换模块，以供所述全息变换模块基于振幅相位约束后的图像继续进行迭代。12.根据权利要求11所述的信号处理器，其特征在于，所述信号处理器还包括：像素调节模块，用于在所述对所述目标图像进行相位分布计算之前，根据不同颜色激光的波长，调节目标图像中相应颜色像素的尺寸。13.根据权利要求12所述的信号处理器，其特征在于，所述相位量化模块，还用于在对所述全息相位图像进行相位量化之前，根据不同颜色激光的波长，确定各种颜色激光的量化阶数及量化范围。1...

【专利技术属性】
技术研发人员：翟婷婷，李科，宋强，
申请(专利权)人：深圳市美誉镜界光电科技有限公司，翟婷婷，李科，
类型：发明
国别省市：广东,44