计算全息图的快速生成技术

传统的2D显示设备只能提供平面图像显示,无法使观看者获得身临其境的观看体验。为了使人们更真实地认识客观世界,显示技术从2D向3D发展已成为了一种趋势。全息3D显示能为人眼提供3D物体全部的深度信息,因而被视作3D显示中最具发展潜力的技术之一。然而,3D物体的全息图计算量巨大,导致计算速度缓慢。为了能够实现实时动态的全息3D显示,计算全息图的快速生成技术受到了很多研究者的关注。本文首先基于标量衍射理论介绍了全息3D显示技术的基本原理,然后根据3D物体的数学描述形式分别介绍了基于点元法、面元法和分层法的三类计算全息图的快速生成方法,并概述了硬件加速法和深度学习法在全息图快速计算中的应用,最后对各类方法进行了总结和展望。      

高衍射效率光致聚合物薄膜中全息记录研究

为了研究新的全息记录介质,本文我们介绍一种基于TMPTA单体的光致聚合物材料。我们已经在该聚合物薄膜样品中成功记录三维实物信息及数字静态视差图像存储等,证明具有良好的全息记录与重建的性能。实验结果表明:该材料在记录角度为26°时,不加电压等任何外部条件下的衍射效率接近90%,并且制作简便、容易保存,作为全息记录介质能够有效地重建出高分辨率,高衍射效率的全息再现像。由于该聚合物的高衍射效率并且不需要外加电压等特性,该材料更加适合用于全息图和大数据的永久存储,并且它在大尺寸静态三维全息图显示、三维图像存储、数据储存、全息防伪、全息打印等领域具有较强的优势和潜在的应用前景。     

基于数字微镜器件的高分辨率计算全息显示

针对基于数字微镜器件的全息显示分辨率受限的问题,提出了一种大尺寸、高分辨率计算全息显示方法.本文利用计算机渲染或相关变换方法生成高分辨率输入图像,利用菲涅尔衍射算法和傅立叶变换并行计算提升全息图的分辨率,根据数字微镜器件特性进行衍射图像的时空复用与动态融合,有效提升计算全息显示的分辨率与动态效率.实验结果表明,该方法可...     

基于LC-SLM的CT图像全息三维重构与实时显示

提出了一种将计算全息技术与液晶空间光调制器相结合的CT图像三维重构与实时显示的方法。用计算全息技术对一系列CT图片进行三维信息融合,并根据CT图片数目的不同,制作了不同的计算全息图,基于CT图片本身是数字化二维图像的特点,采用了快速傅里叶变换算法。用液晶空间光调制器作为全息图显示载体,设计了CT图像三维实时显示系统,利用计算机控制实时输出不同的计算全息图到空间光调制器,通过光学再现获得不断变化的三维再现像,实现CT图像的三维实时显示。     

全息打印技术研究进展

全息打印技术可以实现场景的真三维显示,根据干涉纹样的不同来源及不同记录方式,可将其归类为合成全息体视图打印、计算全息图打印与全息波前打印。合成全息体视图打印无法准确记录三维场景的深度信息,因而全息图再现时存在会聚-调节矛盾;计算全息图打印能够准确记录与再现场景的深度信息,继而解决会聚-调节矛盾,然而仅能得到薄的透射型全息图,因而无法实现白光再现;全息波前打印既可以解决会聚-调节矛盾,又可以得到厚的反射型全息图,实现具有良好观察效果的白光再现。首先介绍了各类全息打印技术的基本原理,着重分析了各自的研究现状,然后讨论了它们的优缺点,以说明各类全息打印技术的特性。     

数字化全息及其在三维显示和检测中的应用

从三维显示和检测的角度回顾了数字化全息研究的发展与现状.首先简要介绍了在三维显示的应用中计算全息的编码原理,以及全息图数字化再现的几种算法.给出了计算全息一般的制作方法,对典型的光电全息记录光路进行了分析,然后对数字化全息在三维显示和全息影视中的应用研究进行了讨论.分析了几种数字化全息显示装置,包括数字全息打印机,声光调制型的全息影视系统和空间光调制器型的全息影视系统.最后对数字全息三维显示技术的未来进行了展望.     

面向层结构的角谱传播计算全息算法(特邀)

为了提高计算全息图的生成速度和再现像的重建质量,文中基于角谱传播的精确衍射计算过程,提出了一种面向层结构的角谱传播计算全息算法。该算法将三维场景分层,并将每层场景通过角谱衍射运算得到子全息图。通过子全息图在干涉面的叠加,最终生成整个三维场景的全息图。由于角谱运算没有旁轴近似,因此对于不同类型的三维数据,利用该算法计算得到的全息图均可重建得到精确的再现像。此外,该算法的计算复杂度不取决于三维场景的复杂度,只取决于分层层数,因此运算速度较传统点元法可提高两三个数量级。该算法为三维场景的动态显示提供了一种有效的解决方案。     

高分辨率多视点动态全息3D显示

提出了一种高分辨率多视点动态全息3D显示方法,观看视点位置变化时,观看者能够看到连续变化的3D效果。在进行全息图计算时,首先根据针孔阵列投影模型,渲染3D动画中每一帧3D模型的光场图像序列;然后从已渲染的多组光场图像序列中抽取对应视角信息的光场图像进行融合,得到融合后的动态光场图像序列;在进行全息图编码时,以动态光场图像序列中的一帧图像作为物光振幅,以来自于针孔的发散球面波的相位作为物光相位,引入平面参考光进行编码,得到一个单元全息图。由于每个单元全息图的计算是相互独立的,因此在计算过程中使用并行加速计算,实现了尺寸为32 mm×32 mm、分辨率为100000 pixel×100000 pixel的高分辨率全息图,其光场图像融合和全息编码的时间仅需27 min。光学再现结果证明了该方法的可行性。所提出的高分辨率多视点动态全息3D显示方法在全息包装和3D广告等领域具有广泛的应用前景。     

一种基于集成成像生成计算全息图的方法

提出了一种基于集成成像生成三维(3D)物体计算全息图的方法。利用微透镜阵列获取微图像阵列,通过像素提取获得正交投影子图像阵列,根据3D中心切片理论,将各正交投影子图像的二维(2D)傅里叶频谱放入相对应的3D傅里叶空间中,提取其相交的部分并叠加,可以获得3D物体在透镜后焦面的频谱信息分布。计算出在一定传播距离处的菲涅耳衍射分布,用全息编码方法生成菲涅耳计算全息图。进行模拟再现,给出在不同再现距离上获得的再现像,验证了该方法的可行性。该方法能够在非相干光照明的情况下采用3D傅里叶频谱制作真实3D物体的全息图,它减小了系统的复杂程度,在算法实现上更加简单。     

计算全息三维显示的信息量及其简化

全息信息简化是基于波前再现的全息三维显示技术重要的课题。对全息三维显示的信息量与再现像的视差角与视场角的关系进行了分析,指出全息三维显示的巨大信息量是为了提供足够的视差和视场,以达到人眼立体视觉效果。在牺牲垂直视差并保证足够的水平视差角和视场角的条件下,利用光栅对全息图进行取样,计算了光栅取样全息图对信息压缩的极限,分析了简化后全息图再现像的特点和存在的问题,对于信息压缩后的光栅取样全息图的再现进行了设计。     

大幅面多路合成全息图复制系统的研究

多路合成彩虹全息图可以在白光点光源照射下显现出360°伴有动作的立体影像,在许多领域具有广阔的应用前景。为适应市场的需求,研制了多路合成彩虹全息图复制设备和适用于复制多路合成彩虹全息图的超微粒卤化银全息胶片。对多路合成全息图和一般彩虹全息图再现时表面光强分布进行了研究和分析;介绍了多路合成彩虹全息图复制设备和适用于复制多路合成彩虹全息图的超微粒卤化银全息胶片的特性。使用研制的系统和全息胶片复制出的360°的圆筒状多路合成彩虹全息图不仅噪声低,而且衍射效率高。该系统使批量制作多路合成彩虹全息图的工效提高了几十倍。     

大角度照明全息图有害干涉条纹产生机理及消除方法

实验数据和理论分析证实,大角度照明全息图上的破坏性干涉条纹是扩束参考光在全息干版表面产生的等倾干涉条纹。实验结果表明,将参考光设置成平行光或曝光前在全息干版的玻璃面贴黑纸,均能有效消除此类干涉条纹。该技术已应用在全息灯具的制做中。     

显示全息图像的噪声和衍射效率

较全面地讨论了全息噪声产生的各种来源和抑制办法。指出在拍摄全息时,一般总希望提高衍射效率。但应依据拍摄对象来选择参物比,以求得总的衍射效率和整体效果最佳。在考虑到外部环境的影响时,拍摄时间不宜过长。在一定的条件下,为了获得最佳的效果,存在着一个最佳曝光时间的问题。还报道了在电镜观察下,记录材料的分辨率不够时,干涉条纹的信息将破坏,并讨论了与此有关的问题。     

数字全息干涉位移场分离研究

提出了一种基于窗口傅里叶脊的离面与面内位移分 离方法,应用于数字全息的多分量干涉相位场 分离。首先,物光束对称照射待测物体, 参考光束直接照射CCD靶面,由CCD相机记录物体变形前后的两幅离轴数字全息图;然后,采 用菲涅尔衍射积分法再现物体变形前后的复物光场,再由两幅复物光场共轭相 乘构建干涉场,利用幅度区分准则和窗口傅里叶变换处理复干涉场,通过窗口傅里叶脊值的 搜索,提取不 同灵敏度矢量物光对应的干涉相位分量;再对干涉相位场进行简单数值运算,将面内与离面 位移场分离出 来。最后,对周边固定、点加载、绕轴向旋转的Al制圆盘三维位移场进行实际测量。实验结 果验证了本文方法的有效性。     

基于数字微镜器件的计算全息3维显示

为了进一步研究计算全息3维显示的方法,以数字微镜器件为空间光调制器,采用层析法,结合菲涅耳衍射积分算法中的角谱法,探讨了全息图的计算与数字微镜器件参量之间的关系,并利用修正立轴参考光编码的方式,得到了菲涅耳计算全息图。通过对计算全息图进行数值模拟及实验验证,均得到了较好的再现像。结果表明,该方法实现了3维物体的再现,为计算全息3维显示提供了一种有效的方法。     

基于数字微镜的计算全息再现像质增强

为了实现基于数字微镜器件的高质量全息图再现,阐述了数字微镜器件的灰度调制特性及其衍射特性,探讨了数字微镜器件进行全息显示的机理,实现了基于数字微镜器件的全息图高质量再现,并给出了相应的数值模拟结果。结果表明,经过灰度调整后的计算全息图再现效果有明显改善。这一结果对数字微镜用于计算全息显示是有帮助的。