一种基于合成CGH的斑点噪声被抑制的大视区计算全息显示方法技术

本发明专利技术提出一种基于合成CGH的斑点噪声被抑制的大视区计算全息显示方法。该方法中被记录物体通过像素分离生成多个物点组，每一个物点组的信息被记录成一幅大尺寸CGH。另外，具有随机相位分布的衍射光学元件(DOE)被制作。在水平方向上，将不同的DOE和一幅大尺寸CGH分别进行拼接，从而一个物点组对应生成多幅合成CGH。最后，利用时间复用技术，将合成CGH加载到平面排布结构的三个SLM上进行再现，每一幅干涉图的衍射边界角均等于SLM的最大衍射角，从而实现再现像视区的扩大；同时通过平均作用和相邻像素之间的分离，再现像上的斑点噪声被明显地抑制。

【技术实现步骤摘要】
一种基于合成CGH的斑点噪声被抑制的大视区计算全息显示方法一、
本专利技术涉及全息显示领域，具体地说，涉及一种斑点噪声被抑制的大视区计算全息显示方法。二、
技术介绍
基于空间光调制器(SLM)的计算全息显示技术可以为人类提供满足所有视觉感知功能的3D再现像，被认为是最理想的3D显示方式之一。但是当前仍然存在着一些难题阻碍着该技术的进一步发展，例如再现像中存在着斑点噪声，这严重降低了再现像的质量；另外，在传统计算全息图(CGH)生成方法中，物点所对应干涉图的衍射边界角不能同时达到SLM的最大衍射角，且SLM的最大衍射角受限于SLM的像素间隔，所以全息再现像的观看视区很小，不能满足人们双目观看的需求，影响观看体验。为了抑制再现像上的斑点噪声，学者们提出了多种方法。迭代算法通过增加CGH的迭代次数实现斑点噪声的抑制，但当迭代次数达到一定值时，算法的收敛性变差，噪声抑制效果降低。较弱相干光法采用相干性较差的光源(例如LED)作为再现光，从而减少由它随机相干叠加而引起的斑点噪声，但同时会导致再现像的模糊。时间平均法制作多幅CGH再现，通过斑点噪声的平均实现再现像质量的提升，但是大幅增加了CGH的计算量。像素分离法通过减少相邻像点间的的重叠面积来抑制斑点噪声，但是难以实现动态显示。为了扩大再现像的观看视区，高级衍射光法、SLM分辨率重新分配法和多SLM曲面阵列法等被提出。高级衍射光法通过时间复用将不同级次的再现光在视觉上进行结合，从而实现观看视区的扩大，但会导致再现像的光强分布不均。SLM分辨率重新分配法利用一个4f成像系统增加SLM水平分辨率，在实现水平方向观看视区扩大的同时，损失了竖直观看视区。多SLM曲面阵列法可以显著地扩大再现像的观看视区，但是对SLM之间的无缝拼接技术要求较高，再现系统的复杂度和成本也会大幅增加，不利于其市场化。以上成果分别通过扩大再现像的观看视区和抑制斑点噪声提升再现像的观看质量。但是，目前很少有方法可以通过简便的操作，同时实现再现像斑点噪声的抑制和观看视区的扩大。因此，提出一种斑点噪声被抑制的大视区计算全息显示方法，对于改善全息再现像质量具有重要意义。三、
技术实现思路
本专利技术提出一种基于合成CGH的斑点噪声被抑制的大视区计算全息显示方法。该方法中被记录物体通过像素分离生成多个物点组，每一个物点组的信息被记录成一幅大尺寸CGH。另外，具有随机相位分布的衍射光学元件(DOE)被制作。在水平方向上，将不同的DOE和一幅大尺寸CGH分别进行拼接，从而一个物点组对应生成多幅合成CGH。最后，利用时间复用技术，将合成CGH加载到平面排布结构的三个SLM上进行再现，每一幅干涉图的衍射边界角均等于SLM的最大衍射角，从而实现再现像视区的扩大；同时通过平均作用和相邻像素之间的分离，再现像上的斑点噪声被明显地抑制。如附图1所示，本专利技术一种基于合成CGH的斑点噪声被抑制的大视区计算全息显示方法主要包括以下步骤，且仅在水平方向上进行视区的研究。步骤一：利用像素分离法，取像素分离间隔N(N＝2、3、4……)将被记录物体分离成N2个物点组，在竖直和水平方向上，保证被记录物体上的任意一个物点与相距N个像素的物点被分离到同一个物点组。步骤二：记录每一个物点组的信息，生成大尺寸CGH。在水平方向上，确定物体组的尺寸为D，SLM的工作区域尺寸为H，保证H＞D，SLM的中点为坐标原点，物点组和SLM之间的距离为L。对于物点组上的任意物点I(x0,L)，根据标量衍射原理，其信息被记录成一幅干涉图。干涉图的尺寸被增加，若将干涉图最右端点和最左端点的横坐标分别记作x1和x2，它们满足公式(1)和公式(2)：x1＝x0+H/2+D/2(1)x2＝x0-(H/2+D/2)(2)则干涉图的尺寸H1满足公式(3)：H1＝x1-x2＝H+D(3)将物点组中所有物点的干涉图进行叠加，即得到大尺寸CGH。它的尺寸HCGH满足公式(4)：HCGH＝H+2D(4)此步骤生成CGH的尺寸大于单个SLM的尺寸而小于三个SLM的尺寸。步骤三：制作VN2(V＝1、2、3、……)幅具有随机相位分布的DOE，且DOE的水平尺寸为2(H-D)，竖直尺寸与大尺寸CGH的相同。步骤四：将一幅DOE在水平方向上均分为两部分，然后将它们与大尺寸CGH的最左端和最右端进行拼接，生成尺寸为3H的合成CGH。对于每一个物点组，取V幅不同的DOE分别与大尺寸CGH进行拼接。所以，本专利技术共生成VN2幅合成CGH。步骤五：将VN2幅合成CGH时序加载到SLM进行再现，再现光路如附图2所示。激光为再现光源，滤波器和透镜对激光进行扩束和准直，分束器将一束再现光分成两束，平面镜改变再现光的传播方向，三个反射式相位型SLM按照平面结构排布，其后的分束器实现SLM之间的无缝拼接，接收板承接再现像。一幅合成CGH被均分成三份，加载到对应SLM上进行再现，合成CGH上的每一幅干涉图的衍射边界角均等于SLM的最大衍射角，所以生成的子像的视区被扩大。在观看距离R(R＞L)处，视区尺寸满足公式(5)：V＝[R(D+H)-L(H+2D)]/L(5)同时，再现光经过合成CGH上DOE的调制，以斑点噪声的形式出现在子像上，一个物点组对应的V幅合成CGH共生成V个具有不同斑点噪声的子像，通过时间复用，V个子像形成一个最终子像，并且根据斑点噪声统计学规律，最终子像上的斑点噪声通过平均作用而被抑制。不同物点组生成的N2个最终子像，经过时间复用，形成一个包含完整信息的再现像，且相邻的像点因在空间上被分离，从而进一步抑制了因相邻像点的叠加而导致的斑点噪声，最终获得斑点噪声被抑制的大视区全息再现像。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为本专利技术一种基于合成CGH的斑点噪声被抑制的大视区计算全息显示方法的流程图。附图2为本专利技术方法光学再现系统结构示意图。上述附图中的图示标号为：1激光，2滤波器，3透镜，4分束器，5平面镜，6SLM，7接收板。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基于合成CGH的斑点噪声被抑制的大视区计算全息显示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。本专利技术一种基于合成CGH的斑点噪声被抑制的大视区计算全息显示方法主要包括以下步骤，且仅在水平方向上进行视区的研究。步骤一：利用像素分离法，取像素分离间隔N＝2将被记录物体分离成4个物点组，在竖直和水平方向上，保证被记录物体上的任意一个物点与相距2个像素的物点被分离到同一个物点组。步骤二：记录每一个物点组的信息，生成大尺寸CGH。在水平方向上，确定物体组的尺寸为D＝2.88mm，SLM的工作区域尺寸为H＝8.64mm，保证了H＞D，SLM的中点为坐标原点，物点组和SLM之间的距离为L＝3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.本专利技术一种基于合成CGH的斑点噪声被抑制的大视区计算全息显示方法，其特征在于主要包括以下步骤，且仅在水平方向上进行视区的研究，/n步骤一：利用像素分离法，取像素分离间隔N(N＝2、3、4……)将被记录物体分离成N

【技术特征摘要】
1.本发明一种基于合成CGH的斑点噪声被抑制的大视区计算全息显示方法，其特征在于主要包括以下步骤，且仅在水平方向上进行视区的研究，
步骤一：利用像素分离法，取像素分离间隔N(N＝2、3、4……)将被记录物体分离成N2个物点组，在竖直和水平方向上，保证被记录物体上的任意一个物点与相距N个像素的物点被分离到同一个物点组；
步骤二：记录每一个物点组的信息，生成大尺寸CGH，在水平方向上，确定物体组的尺寸为D，SLM的工作区域尺寸为H，保证H＞D，SLM的中点为坐标原点，物点组和SLM之间的距离为L，对于物点组上的任意物点I(x0,L)，根据标量衍射原理，其信息被记录成一幅干涉图，干涉图的尺寸被增加，若将干涉图最右端点和最左端点的横坐标分别记作x1和x2，它们满足公式x1＝x0+H/2+D/2和x2＝x0-(H/2+D/2)，则干涉图的尺寸H1满足公式H1＝x1-x2＝H+D，将物点组中所有物点的干涉图进行叠加，即得到大尺寸CGH，它的尺寸HCGH满足公式HCGH＝H+2D，此步骤生成CGH的尺寸大于单个SLM的尺寸而小于三个SLM的尺寸；
步骤三：制作VN2(V＝1、2、3、……)幅具有随机相位分布的DOE，且DOE的水平尺寸为2(H-D)，竖直尺寸与大尺寸CGH的相同；
步骤四：将一幅DOE在水平方向上均分为两部分，然后将它们与大尺寸CGH的最左端和最右端进行拼接，生成尺寸为3H的合成CGH，对于每一个物点...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘素娟，李萍萍，翟凤潇，刘楠楠，郝蕴琦，张志峰，杨坤，
申请(专利权)人：郑州轻工业大学，
类型：发明
国别省市：河南;41