一种扩大全息再现像观看视区的方法技术

本发明专利技术提出一种扩大全息再现像观看视区的方法。该方法中的CGH由所有的干涉图叠加而成，每一幅干涉图记录着一个物点的信息。干涉图的水平尺寸等于被记录物体和SLM的水平尺寸之和，竖直尺寸等于SLM的竖直尺寸。在再现过程中，三个直线排布的SLM被用来加载CGH，CGH上所有干涉图产生的衍射光边界彼此平行。此方法可降低再现系统对观看距离的需求，减少视区浪费信息，扩大再现像观看视区及观看视角。

【技术实现步骤摘要】
一种扩大全息再现像观看视区的方法一、
本专利技术涉及全息显示领域，具体地说，涉及一种扩大全息再现像观看视区的方法。二、
技术介绍
基于空间光调制器(SLM)的计算全息显示技术能够为观看者提供真实的视觉体验，被称为最理想的立体显示方式。但是，由于SLM空间带宽积的限制，全息再现像的观看视区非常小，不足够人眼的双目观看。为了改善人们的观看体验，目前已有多种扩大再现像观看视区的方法被提出，例如高级衍射光法、SLM曲面阵列法、分辨率重新分配法和水平扫描法等。在高级衍射光法中，不同级次的衍射光通过时间复用在视觉上被结合在一起，从而实现了观看视区的扩大。但是由于不同衍射级次光的强度不同，导致再现像的光强分布不均。SLM弯曲阵列法将多个SLM按照弯曲阵列排布，通过增加SLM的数值孔径实现再现像观看视区的扩大。但是在此方法中，需要光学器件来调节每一个SLM的再现光，从而增加了再现光学系统的复杂度。分辨率重新分配法使用一个4f成像系统实现SLM水平分辨率的增加，这种方法可以增加水平方向观看视区，但是以损失竖直观看视区为代价。水平扫描法通过一个失真成像系统和一个电子扫描系统实现大尺寸和大观看视区的全息再现，但是此方法需要较高刷新率的SLM，同时扫描系统会影响再现像的精度。因此，对实用的扩大全息再现像观看视区方法的研究非常有意义。三、
技术实现思路
本专利技术提出一种扩大全息再现像观看视区的方法。该方法中的计算全息图(CGH)由所有的干涉图叠加而成，每一幅干涉图记录着一个物点的信息。干涉图的水平尺寸等于被记录物体和SLM的水平尺寸之和，竖直尺寸等于SLM的竖直尺寸。在再现过程中，三个直线排布的SLM被用来加载CGH，CGH上所有干涉图产生的衍射光边界彼此平行。此方法可降低再现系统对观看距离的需求，减少视区浪费信息，扩大再现像观看视区及观看视角。本专利技术扩大再现像观看视区的方法包括CGH的制作和再现两个步骤。步骤一为制作CGH。确定被记录物体的水平和竖直尺寸分别为DH和DV，SLM的水平和竖直尺寸分别为HH和HV，且保证HH＞DH，HV＞DV，全息图的记录距离为L。被记录物体看作由一系列自发光物点组成，对于被记录物体中的任意一个物点m(y0,-L)，我们根据标量衍射原理，将其信息记录在水平尺寸为H1的干涉图上，干涉图的尺寸被增加，y1和y2分别为干涉图的最右点和最左点坐标。y1、y2和H1分别满足公式(1)-(3)：y1＝y0+HH/2+DH/2,(1)y2＝y0-(HH/2+DH/2),(2)H1＝y1-y2＝HH+DH.(3)同理，按照公式(1)-(3)计算出所有物点的干涉图。干涉图的坐标由对应记录物点的坐标决定，干涉图的水平尺寸等于被记录物体和SLM的水平尺寸之和，竖直尺寸等于SLM的竖直尺寸。将所有物点的干涉图进行叠加，即生成CGH。CGH的竖直尺寸和分辨率与SLM的竖直尺寸和分辨率相同，CGH的水平尺寸HCGH和分辨率Re(HCGH)分别满足公式(4)-(5)：HCGH＝HH+2DH,(4)Re(HCGH)＝int(HCGH/p),(5)其中，int()代表取整操作，p为SLM的像素间隔。步骤二为再现CGH。在全息再现系统中，使用三个直线排布的相同参数的SLM加载CGH，分别为空间光调制器1(SLM1)、空间光调制器2(SLM2)和空间光调制器3(SLM3)。由公式(4)可知，CGH的水平尺寸小于三个SLM的水平尺寸之和。为了实现CGH的准确加载，CGH的处理流程如附图1所示。首先在水平方向上对CGH的左右两端进行零填充操作，得到零填充CGH，保证零填充CGH的水平尺寸等于三个SLM的水平尺寸之和。然后对零填充CGH进行分离操作，得到三幅尺寸与SLM的尺寸相同的子计算全息图(sub-CGH)，从左至右分别为子计算全息图1(sub-CGH1)、子计算全息图2(sub-CGH2)和子计算全息图3(sub-CGH3)。将sub-CGH1、sub-CGH2和sub-CGH3分别加载到SLM1、SLM2和SLM3上，保证SLM1、SLM2和SLM3在再现系统中从左至右直线排布，在距离SLM的L处，形成再现像。在观看距离R处，被记录物体、干涉图、sub-CGH、SLM、再现像和视区之间的关系，如附图2所示。尺寸为H1的干涉图产生的衍射光边界分别用线段G'H'和M'N'表示。保证线段G'H'、M'N'分别和线段A'B'、C'D'平行，其中线段A'B'、C'D'为采用单个SLM进行全息再现时所产生的衍射光边界，即所有干涉图产生的衍射光边界彼此平行。再现像的视区边界为线段K'L'和O'P'。观看者必须位于t点之后才能观看到完整再现像，即观看距离R需大于线段ot的长度。根据几何关系，观看距离R、浪费信息尺寸V1和V2、视区尺寸V和观看视角β分别满足公式(6)-(9)：R＞ot＝L(HH+2DH)/(HH+DH),(6)V1＝V2＝DH,(7)β＝(HH+DH)/L,(8)V＝[R(DH+HH)-L(HH+2DH)]/L.(9)本专利技术方法可以降低再现系统对观看距离的需求，减少视区浪费信息，扩大再现像观看视区及观看视角。四、附图说明本专利技术的前述和附加的方面及优点从下述结合附图与实施例的详细描述中将得以进一步明确和容易理解，其中：附图1为CGH被加载时的处理流程示意图。附图2为被记录物体、干涉图、sub-CGH、SLM、再现像和视区之间的关系示意图。上述附图中的图示标号为：1CGH，2零填充CGH，3sub-CGH1，4sub-CGH2，5sub-CGH3，6干涉图，7被记录物体，8SLM1，9SLM2，10SLM3，11再现像。应该理解上述附图只是示意性的，并没有按比例绘制。五、具体实施方式下面详细说明利用本专利技术一种扩大全息再现像观看视区的方法的一个典型实施例，对本专利技术进行进一步的具体描述。本专利技术扩大全息再现像观看视区的方法主要包括以下步骤：步骤一为制作CGH。确定被记录物体的尺寸为2.88mm×2.88mm，SLM的分辨率为1920×1080，像素间隔为8μm，尺寸为15.36mm×8.64mm，保证了SLM的尺寸大于被记录物体的尺寸，全息图的记录距离为300mm。被记录物体看作由一系列自发光物点组成，对于被记录物体中的任意一个物点m(y0,-300mm)，我们根据标量衍射原理，将其信息记录在干涉图上，干涉图的尺寸被增加。此干涉图的最右点坐标为y1＝y0+8.64mm/2+2.88mm/2＝y0+5.76mm，最左点坐标为y2＝y0-(8.64mm/2+2.88mm/2)＝y0-5.76mm，水平尺寸为H1＝y1-y2＝8.64mm+2.88mm＝11.52mm.，竖直尺寸为15.36mm。同理，计算出所有物点的干涉图，干涉图的坐标由对应记录物点的坐标决定，干涉图的水平尺寸等于被记录物体和SLM的水平尺寸之和，竖直尺寸等于SLM的竖直尺寸，将所有的干涉图进行叠加，即生成CGH。CGH的水平尺寸为HCGH＝8.64mm+2×2.88mm＝14.4mm，分辨率为Re(HCGH)＝int(14.4mm/8μm)＝1800，其中，int()代表取整操作，CGH的竖直尺寸和分辨率分别为15.36mm和1920。步骤二为再现CGH。在全息再现系统中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种扩大全息再现像观看视区的方法，其特征在于，该方法包括制作CGH步骤：确定被记录物体的水平和竖直尺寸分别为DH和DV，SLM的水平和竖直尺寸分别为HH和HV，且保证HH＞DH，HV＞DV，全息图的记录距离为L，被记录物体看作由一系列自发光物点组成，对于被记录物体中的任意一个物点m(y0,‑L)，将其信息记录在水平尺寸为H1的干涉图上，干涉图的尺寸被增加，同理计算出所有物点的干涉图，将所有物点的干涉图进行叠加，即生成CGH；再现CGH步骤：在全息再现系统中，使用三个直线排布的相同参数的SLM加载CGH，分别为SLM1、SLM2和SLM3，CGH的水平尺寸小于三个SLM的水平尺寸之和，首先在水平方向上对CGH的左右两端进行零填充操作，得到零填充CGH，保证零填充CGH的水平尺寸等于三个SLM的水平尺寸之和，然后对零填充CGH进行分离操作，得到三幅尺寸与SLM的尺寸相同的sub‑CGH，从左至右分别为sub‑CGH1、sub‑CGH2和sub‑CGH3，将sub‑CGH1、sub‑CGH2和sub‑CGH3分别加载到SLM1、SLM2和SLM3上，保证SLM1、SLM2和SLM3在再现系统中从左至右直线排布，在距离SLM的L处，形成再现像。...

【技术特征摘要】
1.一种扩大全息再现像观看视区的方法，其特征在于，该方法包括制作CGH步骤：确定被记录物体的水平和竖直尺寸分别为DH和DV，SLM的水平和竖直尺寸分别为HH和HV，且保证HH＞DH，HV＞DV，全息图的记录距离为L，被记录物体看作由一系列自发光物点组成，对于被记录物体中的任意一个物点m(y0,-L)，将其信息记录在水平尺寸为H1的干涉图上，干涉图的尺寸被增加，同理计算出所有物点的干涉图，将所有物点的干涉图进行叠加，即生成CGH；再现CGH步骤：在全息再现系统中，使用三个直线排布的相同参数的SLM加载CGH，分别为SLM1、SLM2和SLM3，CGH的水平尺寸小于三个SLM的水平尺寸之和，首先在水平方向上对CGH的左右两端进行零填充操作，得到零填充CGH，保证零填充CGH的水平尺寸等于三个SLM的水平尺寸之和，然后对零填充CGH进行分离操作，得到三幅尺寸与SLM的尺寸相同的sub-CGH，从左至右分别为sub-CGH1、sub-CGH2和sub-CGH3，将sub-CGH1、sub-CGH2和sub-CGH3分别加载到SLM1、SLM2和SLM3上，保证SLM1、SLM2和SLM3在再现系统中从左至右直线排布，在距离SLM的L处，形成再现像。2.如权利要求1所述的一种扩大全息再现像观看视区的方法，其特征在于，在制作CGH步骤中，任意一个物点m(y0,-L)，其信息记录在水平尺寸为H1...

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