一种基于自适应变焦相机的全息实时获取与投影系统技术方案

本发明专利技术提出一种基于自适应变焦相机的全息实时获取与投影系统。该系统包括自适应变焦相机、计算机、红色激光器、绿色激光器、蓝色激光器、滤波器1、滤波器2、滤波器3、傅里叶透镜1、傅里叶透镜2、傅里叶透镜3、反射镜、分束器1、分束器2、分束器3、SLM和接收屏；其中自适应变焦相机由固体透镜组1、液体透镜组、固体透镜组2、和CCD构成。自适应变焦相机是图像获取部分的关键部件，用于实时获取真实物体的图像。在全息再现部分中，三种颜色全息图合成一幅彩色全息图并与数字锥透镜的相位进行相加，生成最终的全息图，衍射光经分束器反射到接收屏上，接收到再现图像。

A real-time holographic acquisition and projection system based on adaptive zoom camera

【技术实现步骤摘要】
一种基于自适应变焦相机的全息实时获取与投影系统一、
本专利技术涉及一种全息投影技术，更具体地说，本专利技术涉及一种基于自适应变焦相机的全息实时获取与投影系统。二、
技术介绍
随着信息时代的飞速发展，人们对信息显示的需求逐渐增加，虚拟现实(VR)显示、微投影显示和三维(3D)显示等下一代显示技术蓬勃发展并在教育、医疗和娱乐等领域得到广泛应用。其中微投影系统一般基于数字光处理技术(DLP)显示面板，并使用多个固体透镜组成的投影镜头来实现高清投影显示。相较而言，全息投影技术通过在空间光调制器(SLM)上编码相应的灰度图来再现物体的图像，具有更高的光效率并可显示3D图像，还原真实的3D信息。因此，基于全息技术的微投影显示引起了众多的关注，在军事、医疗等领域具有重要的应用价值。尽管全息投影技术已经得到了广泛研究也取得了诸多科研成果，但是仍然需要解决一些问题：其一，难以实时获取物体的深度信息，现有电荷耦合器件(CCD)相机难以满足微投影显示实时获取3D物体的需求；其二，再现图像的尺寸相对较小，且再现像中存在色差，难以实现色彩再现。因此亟需研究一种低成本和高度集成的全息实时获取与投影系统。三、
技术实现思路
本专利技术提出一种基于自适应变焦相机的全息实时获取与投影系统。如附图1所示，该系统包括自适应变焦相机、计算机、红色激光器、绿色激光器、蓝色激光器、滤波器1、滤波器2、滤波器3、傅里叶透镜1、傅里叶透镜2、傅里叶透镜3、反射镜、分束器1、分束器2、分束器3、SLM和接收屏；其中自适应变焦相机由固体透镜组1、液体透镜组、固体透镜组2、和CCD构成。本专利技术的一种基于自适应变焦相机的全息实时获取与投影系统包括图像获取部分和全息再现部分。自适应变焦相机是图像获取部分的关键部件，用于实时获取真实物体的图像。自适应变焦相机与计算机连接，将获取到的真实物体的信息实时传输到计算机中。自适应变焦相机结构如附图2所示。液体透镜组不仅具有变焦功能，而且在变焦过程中可以保持像面位置(L)固定不变。液体透镜组中共有k个液体透镜，其光焦度(φ1，φ2，…φk)可由以下公式表达：其中ni和ni'是填充在第i片变焦透镜中的两种液体的折射率，ri是第i片液体透镜的液-液界面的曲率半径，如附图2(a)所示。当外力作用在每个液体透镜时，系统的有效焦距从长焦F1变为短焦F2，如附图2(b)所示。本专利技术中的自适应变焦相机在保证后焦距L不变的同时动态调节变焦相机的有效焦距。在全息再现部分中，激光器、滤波器和傅里叶透镜用于产生准直光，反射镜和分束器用于调整光束的角度，使准直光能照射在SLM上。使用计算机将实时获取的物体中红色、绿色和蓝色的信息分离开，分别计算三种颜色图像的相位并实时生成对应颜色的全息图，将三种颜色全息图合成一幅彩色全息图并与数字锥透镜的相位进行相加，生成最终的全息图，以实现大深度和多层面投影的效果。衍射光经分束器反射到接收屏上，最终在接收屏上接收到再现图像。优选地，液体透镜组中的液体透镜为电润湿驱动液体透镜、介电泳力驱动液体透镜、机械马达驱动的弹性薄膜液体透镜、磁控液体透镜和电子肌肉驱动的液体透镜等。优选地，液体透镜组中的液体透镜个数M1≥2。优选地，接收屏到SLM的距离d1与数字锥透镜的焦距f相等，数字锥透镜的焦深D大于三种颜色再现像的轴向色差，三种颜色的准直光分别照射SLM区域的三分之一，当在SLM上加载最终的全息图时，能在接收屏上看到真实物体的彩色再现图像。四、附图说明附图1为本专利技术的一种基于自适应变焦相机的全息实时获取与投影系统的结构示意图。附图2为自适应变焦相机的结构示意图。附图2(a)是有效焦距为F1时自适应变焦相机的结构示意图，附图2(b)有效焦距为F2时自适应变焦相机的结构示意图。附图3为实施例中的自适应变焦相机结构示意图。附图3(a)有效焦距为32.26mm时自适应变焦相机的结构示意图，附图3(b)有效焦距为26.08mm时自适应变焦相机的结构示意图。上述各附图中的图示标号为：(1)被拍摄物体、(2)自适应变焦相机、(3)计算机、(4)红色激光器、(5)绿色激光器、(6)蓝色激光器、(7)滤波器1、(8)滤波器2、(9)滤波器3、(10)傅里叶透镜1、(11)傅里叶透镜2、(12)傅里叶透镜3、(13)反射镜、(14)分束器1、(15)分束器2、(16)分束器3、(17)SLM、(18)接收屏、(19)固体透镜组1、(20)液体透镜组1、(21)固体透镜组2、(22)CCD。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本专利技术提出的一种基于自适应变焦相机的全息实时获取与投影系统的实施例，对本专利技术进行进一步的描述。有必要在此指出的是，以下实施例只用于本专利技术做进一步的说明，不能理解为对本专利技术保护范围的限制，该领域技术熟练人员根据上述
技术实现思路
对本专利技术做出一些非本质的改进和调整，仍属于本专利技术的保护范围。本专利技术的一个实施例为：实验中使用的红、绿、蓝三种颜色激光器的波长分别为671nm、532nm和473nm，傅里叶透镜的焦距为300mm，SLM的刷新率为60Hz，SLM的分辨率和像素大小分别为1920×1080和6.4μm。液体透镜组为电润湿驱动液体透镜，有效成像孔径为3.9mm。CCD的对角线尺寸为1/2.5英寸，CCD的像素大小为2.2μm。附图3为本实施例中的自适应变焦相机结构示意图，根据仿真结果可得自适应变焦相机的有效焦距变化范围为32.26mm-26.08mm。使用误差扩散算法生成彩色全息图，数字锥透镜的焦距设置为500mm，焦深设置为200mm，接收屏与SLM的距离为500mm。通过使用数字锥透镜，可以在焦深范围内投影出再现的图像。当接收屏的位置向后移动200mm时，依然可以清晰地重现出被记录物体的细节。使用该系统可以实时获取并再现出三维物体的图像。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于自适应变焦相机的全息实时获取与投影系统，其特征在于，该系统包括自适应变焦相机、计算机、红色激光器、绿色激光器、蓝色激光器、滤波器1、滤波器2、滤波器3、傅里叶透镜1、傅里叶透镜2、傅里叶透镜3、反射镜、分束器1、分束器2、分束器3、空间光调制器(SLM)和接收屏；其中自适应变焦相机由固体透镜组1、液体透镜组、固体透镜组2和CCD。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于自适应变焦相机的全息实时获取与投影系统，其特征在于，该系统包括自适应变焦相机、计算机、红色激光器、绿色激光器、蓝色激光器、滤波器1、滤波器2、滤波器3、傅里叶透镜1、傅里叶透镜2、傅里叶透镜3、反射镜、分束器1、分束器2、分束器3、空间光调制器(SLM)和接收屏；其中自适应变焦相机由固体透镜组1、液体透镜组、固体透镜组2和CCD。


2.根据权利要求1所述的一种基于自适应变焦相机的全息实时获取与投影系统，其特征在于，该系统包括图像获取部分和全息再现部分；自适应变焦相机是图像获取部分的关键部件，用于实时获取真实物体的图像，自适应变焦相机与计算机连接，将获取到的真实物体的信息实时传输到计算机中，液体透镜组不仅具有变焦功能，而且在变焦过程中可以保持像面位置(L)固定不变；液体透镜组中共有k个液体透镜，其光焦度(φ1，φ2，…φk)可由以公式表达，其中ni和n'i是填充在第i片变焦透镜中的两种液体的折射率，ri是第i片液体透镜的液-液界面的曲率半径；自适应变焦相机在保证后焦距L不变的同时动态调节变焦相机的有效焦距；在全息再现部分中，激光器、滤波器和傅里叶透镜用于产生准直光，反射镜和分束器用于调整光...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘超，王琼华，王迪，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11