一种用于编码和重建计算机生成全息视频图像的方法和装置，利用具有较小分辨率的全息阵列（３）中的电子可控像素，借助于传统的ＬＣ显示器在较大的观察区域内同时对双眼实时重建全息三维场景，不存在闪烁和交互影响。该方法利用光学调焦装置（２）在全息阵列（３）调制后将由线光源（１）发出的垂直相干光成像到视窗（８Ｒ，８Ｌ）上。场景的全息重建（１１）通过像素上的衍射方式从视窗（８Ｒ，８Ｌ）对观察者的双眼可视呈现。根据本发明专利技术，可控像素处于像素列（１５，１６）中，其为观察者的双眼（Ｒ，Ｌ）同时编码同一场景的分隔全息图，其中所述全息图在垂直方向上为一维并且水平交错。具有平行于像素列排列的分隔元件的图像分隔装置（７）为一只眼睛显示对应的像素列（１５，１５’或１６，１６），为另一只眼睛遮盖对应的像素列。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
1.专利
本专利技术涉及一种利用具有常规的、即市场上可购得的分辨率的显示器，编码及重建计算机生成大面积全息视频图像的方法和装置；该显示器提供大视角和高立体画质。该显示器包括一个具有可控像素的全息阵列，其电子影响光的振幅和/或相位。这种阵列被称为空间光调制器(spatiallight modulator，SLM)。用于光图像的空间调幅重建全息视频图像的合适阵列的例子为液晶显示器(Liquid Crystal Display，LCD)。然而，本专利技术还可以用于其它可控的、利用相干光来调制光的波阵面的全息图阵列。2.术语定义术语“间距”在本文件中表示阵列的两个相邻像素的中心之间的距离。因此其表示显示器的分辨率特征。术语“编码”表示将控制值提供给全息阵列，以便其重建三维场景的方式。根据本专利技术，上述场景可以通过“视窗”看到。视窗为可视区和观察平面的交叉部。如果观察者至少有一个眼睛在视窗内时，就可以看到重建的目标。3.相关技术说明利用传统的光学3D自动立体显示的缺点是视差信息和眼睛晶状体的调节不相匹配。一方面，每个眼睛观察到一个场景的不同透视图，其模拟物体在任意距离上的深度映像。另一方面，每个透视图本身位于显示器的表面。因此，眼睛调焦在显示器表面，每个眼睛看到的是平面图像。这就导致由视差信息获得的在任意深度上所见的、即不是显示器表面上的目标和眼睛对固定的显示器表面的调节之间出现不相匹配的情况。这就会导致不舒服的感觉和眼疲劳。这可以通过使用全息显示器避免，其在恰当的深度重建3D场景中的目标。全息显示器通过光波的相干光重叠来重建目标。为此，空间光调制器(SLM)生成一个波图像。该全息图为待重建3D场景的菲涅耳(Fresnel)转换。SLM衍射光波并重建场景。以全息图为例，重建的周期性复制伴随着间隔周期出现。因此，由间隔周期提供的可视区内的观察者可以看到重建。取决于像素间距的SLM最大衍射角决定可视区。编码和重建全息视频图像的主要问题是，必须提供足够大的可视区用以观察重建。传统的全息显示器中，可视区须至少覆盖眼间距，其最大需要10μm大小的像素。即使对于一个面积为100mm×100mm的小显示器来说，像素计数也会达到约1亿。这就导致即使显示器仅简单地显示水平视差的全息图时，也需要昂贵的硬件和较长的运算时间。目前可用的大面积显示器典型地利用具有仅将光衍射成极小可视区的像素间距的全息阵列，因此，两眼不可能同时观察到重组的三维场景。已有若干解决这些问题的方案。K.Maeno，N.Fukaya，O.Nishikawal所著文献“利用15百万像素LCD显示电子全息图像(Electro-holographic display using 15 Mega pixels LCD)”(Advanced 3D Telecommunication Project，1996，SPIE，Vol.2652)公开了利用市场上可购得的液晶显示器(Liquid Crystal Display，LCD)进行3D全息图像显示。该文献描述了一种利用五个具有高分辨率的特殊显示器，代替传统的低分辨率LCD的全息视频图像重建装置；因为将每个显示器都结合起来以提供整体上的高分辨率，所以可视区就被扩大了。所有的显示器相互直接、或通过光学复制的方式连接起来。只有在使用水平视差时垂直视差才被忽略。公知的解决方案需要在每个都具有3,200×960像素的五个特殊显示器的一个单元中提供15百万像素的分辨率，以在仅50mm×150mm体积和50mm深度中重建全息视频图像。对应于眼间距离，可视区只有65mm宽，这样两眼刚好可以同时看到场景。所需分辨率取决于期望的全息视频图像和可视区的大小。然而，这种安排具有明显的缺点使用多个显示器和大透镜用于重建，导致较大深度和体积，而且还需要巨大的计算能力。另一种扩大可视区的方式在T.Mishina，M Okui，F.Okano所著文献“利用高阶衍射对采样全息图扩大可视区的方法(Viewing zone enlargementmethod for sampled hologram that uses high-order diffraction)”(AppliedOptics，2002，Vol.41，No.8)中进行了说明。根据该方法，不仅一阶衍射，而且更高阶的衍射也用于全息图的重建；其联合起来形成共有的观察空间。特定目标对应的全息视频图像按顺序显示在LC显示器上。借助于一个作为空间频率滤波器的第二LC显示器，各衍射级在重建过程中被过滤。可视区域按顺序生成并空间连接起来。可获得的可视区仍窄于65mm，因此只有一个眼睛可以看到重组的目标。此外，该方法具有需要极大运算能力的缺点。而且，像素阵列需要具有极短的转换迟滞。将不同的衍射级按顺序连接起来时，所使用的显示器必须具有高分辨率和高转换速度，以防止图像闪烁。这就是为什么经常使用二进制全息图。然而，这也使其无法避免由二进制编码引起的实质性错误。所引用的公知全息方法的另外一个共同缺点是极大地需要用于编码全息图的运算能力。WO 2003/021363(A1)号专利文献公开了一种仅重建相对垂直视差的水平全息视频图像的装置。照明方式利用生成带宽小于10nm的单色光的线光源，其在水平方向相干，而在垂直方向不相干。在传统的全息显示器中，视窗远大于眼睛的瞳孔。付出巨大努力的一个结果是将光投射到没有观察者的区域。WO 2004/044659(A2)号专利申请的申请人的基本思想是将视窗减小到刚好稍大于眼睛瞳孔的大小。这将显著减小对显示器最大分辨率的需求。该文献公开了一种在缩小了的视窗中重建全息视频图像的装置。该装置包含至少一个点光源或线光源，其提供充足的相干光，一个透镜，以及一个具有巢室的全息阵列，巢室安排在一个矩阵中，每个巢室具有至少一个开口，开口的相位或振幅可控观察平面位于光源的图像平面中。全息图信息以像素采样并在LCD阵列上显示。采样全息图始终具有重建场景和视窗周期性复制的特性。必须注意，不能让视窗交迭，因为在这种情况下将会看到多个重组。限制编码场景信息所在全息图的区域可以避免交迭。这个区域必须限制，这样，从重建场景的点上发射的光就被限制在一个视窗中。因此，该装置将菲涅耳(Fresnel)转换的一个间隔周期内的全息视频图像重建到一个观察平面中。通过位于眼睛前方的视窗，两眼都可以看到重建的三维场景。重建的场景在重建平截面内都可以看到，该平截面在显示区域和观察窗之间伸展；因而该场景可以在阵列表面的前方或后方重建。公知的解决方案可以在合理的硬件费用和运算能力上使用传统的分辨率接近3百万像素的LC显示器。根据该文献的光源充分考虑到了如果光空间相干到能够干涉的宽度时的相干，这样，其可以在至少一维空间上实现具有足够分辨率的全息重建。如果传统的光源、例如LED装置通过极窄的狭缝放射，这些要求也可以通过其达到。高亮度LEDs的光谱带宽足够窄，以保证全息重建的时间相干性。如果从线光源的长度方向的直角来看，线光源可以看作是点光源。这样，光在此方向上相干，而在垂直方向上不相干。为了保证时间相干性，光必须具有足够窄的波长范围。当信息可以按顺序、或通过过滤的方式空间分解成单色光谱部分时，可以显示彩色全息图。排列在全息阵列本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于编码和重建全息视频图像的方法，其中，光学垂直调焦装置（２）将由线光源（１）发射，并通过全息阵列（３）上的电子可控像素调制的垂直方向上充分相干的光，成像到具有视窗（８↓［ｒ］，８↓［ｌ］）的观察平面（５）中，用以在一个衍射级中全息重建三维场景，使得观察者的双眼（Ｒ，Ｌ）可通过视窗（８↓［ｒ］，８↓［ｌ］）看到该场景，其特征是－可控像素在像素列（１５－１６”）中编码同一场景的两个分隔的全息图，一个用于观察者的每个眼睛（Ｒ，Ｌ），上述全息图在垂直方向上为一维，其中像 素排列在分隔的列组（１５－１５”及１６－１６”）中，以使两个一维全息图水平交错，以及－具有平行于像素列（１５－１６”）排列的分隔元件的图像分隔装置（７）为一只眼睛显示对应的像素列（１５－１５”或１６－１６”），为另一只眼睛遮盖对应的 像素列。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：阿明史威特纳，诺伯特莱斯特，拉尔夫豪斯勒，
申请(专利权)人：视瑞尔技术公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]
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