一种正交扫描多视投影计算全息图生成方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提出一种正交扫描多视投影计算全息图生成方法，包括：沿空间坐标正交方向按固定间隔对物体进行一维扫描摄影获得多张正交扫描投影图；从所述正交扫描投影图中获得物体三维傅氏频谱的模拟椭圆频谱；从所述正交扫描投影图中获得物体三维傅氏频谱的真实椭圆频谱；将所述真实椭圆频谱与所述模拟椭圆频谱进行合成，获得物体三维傅氏频谱；对所述物体三维傅氏频谱实施逆傅里叶变换及菲涅尔衍射计算获得全息图。本发明专利技术结合了正交扫描和圆形扫描两种方式优势，以正交扫描方式获得少量投影图，从正交扫描投影图中模拟获得小角度圆形扫描方式下的投影图频谱采样圆，进一步提高正交投影图频谱利用效率，从而在不增加投影图数量情况下获得更完整的物体三维傅氏频谱采样。

An Orthogonal Scanning Multi-view Projection Computational Hologram Generation Method and Device

【技术实现步骤摘要】
一种正交扫描多视投影计算全息图生成方法及装置
本专利技术涉及光学全息计算
，具体涉及一种正交扫描多视投影计算全息图生成方法及装置。
技术介绍
计算全息是光学全息术与计算机技术的有机结合，通过计算机模拟三维物体在全息面上的2D复振幅分布(计算全息图CGH)并加载到空间光调制器SLM上，由再现光在空间上呈现出三维物体真正的3D像，是裸眼3D显示及高精度干涉测量、大数据量存储技术发展前沿方向，市场应用前景广阔。计算全息图的形成涉及物表面光源衍射场的计算，现有方法可概略分为点源法、面元法和多视投影法三类。点源法通过模拟计算物体所有点光源发出的光线在全息面上与参考光干涉叠加而获得全息图，计算原理简单，但运算量大、十分耗时，采用“空间换时间”策略的查找表算法能大幅提高点源法在线计算速度，但会影响全息图生成质量，导致重建像失真。面元法基于特殊形状面源频谱有解析解及衍射角谱理论而形成，计算时需对复杂物体表面进行面元优化分解、考虑面元遮挡及边界对重建物体形状影响，具有较高的计算复杂度高。多视投影法通过计算三维物体多视角投影图对全息面像素的贡献值来获得全息图光场，困难在于特定角度投影图(强度图像)的快速采集，如采用二维机械扫描机构实现CCD在整幅范围内扫描，十分费时、复杂且处理图像数量多；以集成成像方式取代实现CCD在整幅范围内的二维机械扫描的微透镜阵列虽效率高，但受至于微透镜加工工艺、水平限制，距离实际应用还有一定距离；利用用菲涅尔波带图案扫描三维场景，由点探测器积分得到每个扫描位置光强而获得菲涅尔全息图，则存在耗时的机械扫描和相对复杂的激光校准过程，等等。相比于点源法和面元法，多视投影法的优点在于常规照明(白光)条件下即可获得全息图，对于光学系统要求较低且同时适用于计算机虚拟物体及真实物体，目前该方法可利用普通CCD相机获取少量投影图来生成计算全息图，主要有两种图像采集方式：正交扫描和圆形扫描，两者相比，由于圆形扫描角取值范围远大于正交扫描角取值范围，正交扫描获取投影图数量少且操作更简单，但圆形扫描最大衍射效率更优且随投影图数目增加而增大。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种正交扫描多视投影计算全息图生成方法及装置。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种正交扫描多视投影计算全息图生成方法，该方法包括以下步骤：沿空间坐标正交方向按固定间隔对物体进行一维扫描摄影获得多张正交扫描投影图；从所述正交扫描投影图中获得物体三维傅氏频谱的模拟椭圆频谱；从所述正交扫描投影图中获得物体三维傅氏频谱的真实椭圆频谱；将所述真实椭圆频谱与所述模拟椭圆频谱进行合成，获得物体三维傅氏频谱；对所述物体三维傅氏频谱实施逆傅里叶变换及菲涅尔衍射计算获得全息图。可选地，所述模拟椭圆频谱是根据物体三维傅氏频谱抽样统一模型及其误差理论分析，从正交扫描投影图频谱中模拟获得。可选地，所述真实椭圆频谱是通过频谱加权采样计算从正交扫描投影图中获得。可选地，对所述真实椭圆频谱与所述模拟椭圆频谱进行合成，具体包括：建立u-v平面填充矩阵C(i,j)和C(i,j)',其中，(i,j)表示矩阵中的第j行i列元素；真实椭圆频谱采样，具体包括：1)、确定采样点p坐标位置及所在4个格网点Pi；2)、计算格网点Pi的权重wi；3)、对权重值wi排序并按从大到小顺序累加求和，直至大于给定阈值T；4)、提取参与累加求和的格网点频谱信息并按其坐标填充到矩阵C；模拟椭圆频谱采样，具体包括：1)、按θ角绝对值从小到大顺序逐一取正交投影图，确定模拟椭圆在投影图频谱上的圆心偏移；2)、确定圆心位置、半径大小并进行采样，对采样点p坐标取整并提取相应频谱信息填充到矩阵C'；频谱合成；对于矩阵C中无频谱信息区域，将矩阵C'上的频谱信息合并到矩阵C，获得完整的物体三维傅里叶频谱。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种正交扫描多视投影计算全息图生成装置，该装置包括：扫描模块，用于沿空间坐标正交方向按固定间隔对物体进行一维扫描摄影获得多张正交扫描投影图；模拟椭圆频谱获取模块，用于从所述正交扫描投影图中获得物体三维傅氏频谱的模拟椭圆频谱；真实椭圆频谱获取模块，用于从所述正交扫描投影图中获得物体三维傅氏频谱的真实椭圆频谱；合成模块，用于将所述真实椭圆频谱与所述模拟椭圆频谱进行合成，获得物体三维傅氏频谱；变换模块，用于对所述物体三维傅氏频谱实施逆傅里叶变换及菲涅尔衍射计算获得全息图。可选地，所述模拟椭圆频谱是根据物体三维傅氏频谱抽样统一模型及其误差理论分析，从正交扫描投影图频谱中模拟获得。可选地，所述真实椭圆频谱是通过频谱加权采样计算从正交扫描投影图中获得。可选地，所述合成模块包括：创建模块，用于建立u-v平面填充矩阵C(i,j)和C(i,j)',其中，(i,j)表示矩阵中的第j行i列元素；真实椭圆频谱采样模块，用于获得物体三维傅氏频谱的真实椭圆频谱，具体包括：1)、确定采样点p坐标位置及所在4个格网点Pi；2)、计算格网点Pi的权重wi；3)、对权重值wi排序并按从大到小顺序累加求和，直至大于给定阈值T；4)、提取参与累加求和的格网点频谱信息并按其坐标填充到矩阵C；模拟椭圆频谱采样模块，用于获得物体三维傅氏频谱的模拟椭圆频谱，具体包括：1)、按θ角绝对值从小到大顺序逐一取正交投影图，确定模拟椭圆在投影图频谱上的圆心偏移；2)、确定圆心位置、半径大小并进行采样，对采样点p坐标取整并提取相应频谱信息填充到矩阵C'；合成子模块，用于频谱合成，频谱合成具体为：对于矩阵C中无频谱信息区域，将矩阵C'上的频谱信息合并到矩阵C，获得完整的物体三维傅里叶频谱。如上所述，本专利技术的一种正交扫描多视投影计算全息图生成方法，具有以下有益效果：本专利技术的一种正交扫描多视投影计算全息图生成方法，结合了正交扫描和圆形扫描两种方式优势，以正交扫描方式获得少量投影图，从正交扫描投影图中模拟获得小角度圆形扫描方式下的投影图频谱采样圆，进一步提高正交投影图频谱利用效率，从而在不增加投影图数量情况下获得更完整的物体三维傅氏频谱采样；本专利技术频谱加权采样过程考虑到了投影图上理想采样点与其取整点在频谱信息一致性、空间邻近程度间的相互关系，可自适应地选取正交投影图上频谱信息一致性好的格网点进行采样，从而能在投影图频谱充分采样和无效频谱信息引入间取得良好平衡，按“θ角小者优先”准则合成多投影图频谱，也有助于提高三维傅里叶频谱采样整体可靠性。两者显著提高计算全息图再现像质量。附图说明为了进一步阐述本专利技术所描述的内容，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明。应当理解，这些附图仅作为典型示例，而不应看作是对本专利技术的范围的限定。图1是本专利技术实施例的正交扫描多视投影计算全息图生成方法流程图；图2是本专利技术实施例的用于采集多视投影图的正交扫描CCD光学系统示意图；图3是本专利技术实施例的从正交扫描投影图中获得物体三维傅氏频谱的模拟椭圆频谱的角度参数设置示意原理图；图4是本专利技术实施例的正交多视投影图频谱合成示意图；(a)圆形频谱模拟；(b)合成频谱；图5是本专利技术实施例的投影图傅里叶频谱加权采样示意图；图6是本专利技术实施例的虚拟三维模型的正交扫描多视投影图(部分)示意；图7是本专利技术实施例的复杂模型正交扫描投影图频谱本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种正交扫描多视投影计算全息图生成方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：沿空间坐标正交方向按固定间隔对物体进行一维扫描摄影获得多张正交扫描投影图；从所述正交扫描投影图中获得物体三维傅氏频谱的模拟椭圆频谱；从所述正交扫描投影图中获得物体三维傅氏频谱的真实椭圆频谱；将所述真实椭圆频谱与所述模拟椭圆频谱进行合成，获得物体三维傅氏频谱；对所述物体三维傅氏频谱实施逆傅里叶变换及菲涅尔衍射计算获得全息图。

【技术特征摘要】
1.一种正交扫描多视投影计算全息图生成方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：沿空间坐标正交方向按固定间隔对物体进行一维扫描摄影获得多张正交扫描投影图；从所述正交扫描投影图中获得物体三维傅氏频谱的模拟椭圆频谱；从所述正交扫描投影图中获得物体三维傅氏频谱的真实椭圆频谱；将所述真实椭圆频谱与所述模拟椭圆频谱进行合成，获得物体三维傅氏频谱；对所述物体三维傅氏频谱实施逆傅里叶变换及菲涅尔衍射计算获得全息图。2.根据权利要求1所述的一种正交扫描多视投影计算全息图生成方法，其特征在于，所述模拟椭圆频谱是根据物体三维傅氏频谱抽样统一模型及其误差理论分析，从正交扫描投影图频谱中模拟获得。3.根据权利要求1所述的一种正交扫描多视投影计算全息图生成方法，其特征在于，所述真实椭圆频谱是通过频谱加权采样计算从正交扫描投影图中获得。4.根据权利要求1所述的一种正交扫描多视投影计算全息图生成方法，其特征在于，对所述真实椭圆频谱与所述模拟椭圆频谱进行合成，具体包括：建立u-v平面填充矩阵C(i,j)和C(i,j)',其中，(i,j)表示矩阵中的第j行i列元素；真实椭圆频谱采样，具体包括：1)、确定采样点p坐标位置及所在4个格网点Pi；2)、计算格网点Pi的权重wi；3)、对权重值wi排序并按从大到小顺序累加求和，直至大于给定阈值T；4)、提取参与累加求和的格网点频谱信息并按其坐标填充到矩阵C；模拟椭圆频谱采样，具体包括：1)、按θ角绝对值从小到大顺序逐一取正交投影图，确定模拟椭圆在投影图频谱上的圆心偏移；2)、确定圆心位置、半径大小并进行采样，对采样点p坐标取整并提取相应频谱信息填充到矩阵C'；频谱合成；对于矩阵C中无频谱信息区域，将矩阵C'上的频谱信息合并到矩阵C，获得完整的物体三维傅里叶频谱。5.一种正交扫描多视投影计算全息图生成装置，其特征在于，该装置包括：扫描模块，用于沿空间坐...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴军，王冰洋，马峻，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：广西,45