基于有效视角图片分割重组算法的全息体视图打印系统的全息单元尺寸优化方法技术方案

本发明专利技术属于全息术领域，具体涉及基于有效视角图片分割重组算法的全息体视图打印系统的全息单元尺寸优化方法。本发明专利技术的技术方案是：建立基于有效视角图片分割重组算法的全息体视图打印系统的出瞳函数模型；建立评价指标函数，从频率域分析全息体视图的成像质量，优化出瞳尺寸；在空间域，考虑视角跳变及虚拟母全息图翻拍至转移全息图过程中信息传递的完整性，得到打印系统各参数之间的关系；综合以上分析确定适用于三维场景的最佳全息单元尺寸，包括虚拟母全息图上虚拟全息单元的尺寸与转移全息图上全息单元的尺寸，对应原始视角图片的采样间隔与合成视角图片的打印间隔。

【技术实现步骤摘要】
基于有效视角图片分割重组算法的全息体视图打印系统的全息单元尺寸优化方法
本专利技术属于全息术领域，具体涉及基于有效视角图片分割重组算法的全息体视图打印系统的全息单元尺寸优化方法。
技术介绍
全息体视图打印可以实现三维场景的立体再现，传统的全息体视图打印方法包括两步转换法[M.C.King，A.M.Noll，andD.H.Berry，“Anewapproachtocomputer-generatedholography，”Appl.Opt.9(2)，471-475(1970)]、无限远相机法[M.W.Halle，“Thegeneralizedholographicstereogram，”Ph.D.thesis，MassachusettsInstituteofTechnology(1993).]和李普曼单步全息体视图打印方法[M.Yamaguchi，H.Endoh，T.Honda，andN.Ohyama，“High-qualityrecordingofafull-parallaxholographicsterogramwithadigitaldiffuser，”Opt.Lett.19(2)，135-137(1994).]，我们提出了一种基于有效视角图片分割重组(EPISM)算法的全息体视图打印方法[J.Su，Q.Yuan，YHuang，X.JiangandX.Yan，“Methodofsingle-stepfullparallaxsyntheticholographicstereogramprintingbasedoneffectiveperspectiveimages’segmentationandmosaicking，”Opt.Express25(19)，23523-23544(2017)]。从频率域角度，可以采用光学传递函数评价全息体视图的成像质量，继而优化全息单元尺寸。Hilaire等人建立了水平视差(HPO)像面全息体视图的调制传递函数(MTF)，讨论了固定深度场景下的最优狭缝尺寸[P.S.Hilaire，“Modulationtransferfunctionandoptimumsamplingofholographicstereograms，”Appl.Opt.33(5)，768-774(1994)]。Helseth等人研究了三维显示系统的光学传递函数(OTF)，并考虑了人眼的斯泰尔斯-克劳福德(Stiles-Crawford)效应对光学传递函数的影响[L.E.Helseth，“Opticaltransferfunctionofthree-dimensionaldisplaysystems，”J.Opt.Soc.Am.A23(4)，816-820(2006)]。裴闯等人分析了全视差全息体视图的频率响应特性，讨论了不同窗函数对系统出瞳函数的影响，继而进行了出瞳优化设计[X.Jiang，C.Pei，X.Yan，J.LiuandK.Zhao，“Optimizationofexitpupilfunction：improvementontheOTFoffullparallaxholographicstereograms，”J.Opt.15(12)，125402-(2013)]。然而以上频率域分析都仅适用于传统的全息体视图打印系统，针对我们提出的基于EPISM算法的全息体视图打印系统[CN107340703A]，本专利技术建立了准确的出瞳函数模型，提出了全息单元尺寸的优化方法。一方面从频率域角度分析出瞳尺寸对全息体视图再现效果的影响，另一方面从空间域角度分析全息单元尺寸与视角跳变及信息传递特性之间的关系，最终得到适用于特定深度三维场景的最优全息单元尺寸，包括虚拟母全息图上虚拟全息单元的尺寸与转移全息图上全息单元的尺寸，对应原始视角图片的采样间隔与合成视角图片的打印间隔。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种基于EPISM算法的全息体视图打印系统的全息单元尺寸优化方法，适用于特定深度三维场景的全息体视图打印。EPISM算法是我们提出的一种模拟两步转换法的全息体视图打印方法，其核心在于对原始采样图片进行恰当的分割组合，继而得到合成视角图片，单步打印后即可获得再现像凸出于全息记录介质显示的再现效果。全息体视图的再现效果与全息单元尺寸相关，为提高成像质量，本专利技术提出了基于EPISM算法进行全息体视图打印时的全息单元尺寸优化方法，包括虚拟母全息图上虚拟全息单元的尺寸与转移全息图上全息单元的尺寸，对应原始视角图片的采样间隔与合成视角图片的打印间隔。本专利技术的技术方案是：1.采用基于EPISM算法进行全息体视图打印时，首先建立打印系统的出瞳函数模型，出瞳尺寸l满足如下条件z1表示虚拟母全息图与液晶显示屏的距离，z2表示转移全息图与液晶显示屏的距离，l1与l2分别表示虚拟全息单元与全息单元的尺寸。2.对基于EPISM算法的全息体视图打印系统的全息单元尺寸进行优化设计时，包括下述步骤：1)构建基于光学传递函数的评价指标函数其中，Δz表示三维场景深度范围，λ表示激光光源波长，fxmax与fymax分别表示液晶显示屏加载图像在x方向与y方向的最高空间频率，(Δl表示液晶显示屏的像素间距)，根据的最大值确定全息体视图打印时的最优出瞳尺寸l；2)为避免观察全息体视图再现像时产生视角跳变，应满足Δzrange表示三维场景的完整深度，Δzrange＝2Δz；3)考虑虚拟母全息图翻拍至转移全息图过程中信息传递的完整性，应满足此时，全息体视图打印系统的出瞳尺寸4)将各具体参数值代入结合由确定的最优出瞳尺寸l，得到全息体视图打印系统的最佳全息单元尺寸，包括虚拟母全息图上虚拟全息单元的尺寸与转移全息图上全息单元的尺寸，对应原始视角图片采样间隔与合成视角图片打印间隔。附图说明实施例图：本专利技术提供的基于EPISM算法的全息体视图打印系统的全息单元尺寸优化方法的附图有8个。图1基于EPISM算法的全息体视图打印系统的出瞳函数模型。图2不同情形时简化或修正后的出瞳函数模型(一维)。图3全息体视图的波前重建误差模型(一维)。图4特定像差平面时，光学传递函数积分平均值随出瞳尺寸的变化。图5不同像差情形时，分辨率测试板打印模型。图6不同像差、不同出瞳尺寸时，分辨率测试板全息体视图的光学再现效果。图7三维场景不同深度范围时，光学传递函数积分平均值随出瞳尺寸的变化。图8采用最优全息单元尺寸打印时，全息体视图的再现效果。图1～图8中，(1)-虚拟母全息图，(2)-液晶显示屏，(3)-转移全息图，(4)-虚拟全息单元，(5)-全息单元，(6)-空间物点，(7)-分辨率测试板，(8)-相机平面。为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术“基于有效视角图片分割重组算法的全息体视图打印系统的全息单元尺寸优化方法”实施方式作进一步地详细描述。图1为本专利技术提供的基于EPISM算法的全息体视图打印系统的出瞳函数模型。虚拟母全息图(1)、液晶显示屏(2)与转移全息图(3)沿z轴平行放置，它们之间分别相距z1与z2，虚拟全息单元(4)与全息单元(5)的尺寸分别为l1与l2。人眼瞳孔直径le≈3～5mm，假设le＞l1，le＞l2。图2为本专利技术提供的不同情形时本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于有效视角图片分割重组算法的全息体视图打印系统的全息单元尺寸优化方法，其特征在于采用基于有效视角图片分割重组算法进行全息体视图打印时，打印系统的出瞳尺寸l满足如下条件

【技术特征摘要】
1.一种基于有效视角图片分割重组算法的全息体视图打印系统的全息单元尺寸优化方法，其特征在于采用基于有效视角图片分割重组算法进行全息体视图打印时，打印系统的出瞳尺寸l满足如下条件z1表示虚拟母全息图(1)与液晶显示屏(2)的距离，z2表示转移全息图(3)与液晶显示屏(2)的距离，l1与l2分别表示虚拟全息单元(4)与全息单元(5)的尺寸。2.一种基于有效视角图片分割重组算法的全息体视图打印系统的全息单元尺寸优化方法，其特征在于包括下述步骤：第一步，频率域分析，由光学传递函数评价全息体视图的成像质量，设计评价指标函数

【专利技术属性】
技术研发人员：闫兴鹏，苏健，蒋晓瑜，黄应清，陈祎贝，刘军辉，陈卓，张腾，
申请(专利权)人：中国人民解放军陆军装甲兵学院，
类型：发明
国别省市：北京,11