有效视角图像切片嵌合法全息体视图的数值重构

全息体视图打印技术是当下广泛应用的一种全息技术。近年来本课题组提出了一种新的对视角图像进行预处理并进行全息体视图打印的方法,称为有效视角图像切片嵌合(EPISM)法,该方法可以通过一步记录实现传统两步法的全息打印效果,具有很高的研究价值。为了在光学实验之前对EPISM法全息体视图的打印结果进行预测,提出一种EPISM法全息体视图的数值重构算法,采用该算法对EPISM法处理过的合成视角图像进行数值重构,可以在光学打印之前预先得到不同观察角度和观察位置所看到的再现图像。将数值重构图像与原始采样图像以及光学实验再现像进行比较,结果表明:该算法可以较好地对EPISM法全息体视图打印的光学实验结果进行模拟。     

赝像-正像转换算法在全息体视图打印中的应用

将适用于三维场景信息非对称采集和显示的赝像-正像转换(POC)算法应用于全息体视图打印,得到了采样平面与全息图平面的距离、采样间隔与全息单元尺寸比例不同时,采样图像和合成视差图像之间的像素匹配关系。分析了曝光光学系统参数和POC算法参数对体视图再现像视场角的影响,得到了场景深度和视场角之间的制约关系。实验通过在不同场景深度下三维物体的再现,验证了POC算法对全息体视图打印的适用性以及场景深度和视场角之间制约关系的正确性。实验结果表明,当场景深度较小时,再现像重影导致分辨率降低,并从理论上分析了全息体视图重影现象产生的原因。像素级精确的视差图像避免了数据误差对体视图再现质量的影响,对提高再现像分辨率有积极意义。     

用波前平面提高全息体视图成像分辨率

针对全息体视图成像分辨率较低的问题,提出了用波前平面提高成像分辨率的方法。定量分析了空间采样、角采样和衍射效应对全息体视图成像极限分辨率的影响;以人眼在距离全息图600 mm处观察的极限分辨能力为标准,给出了全息体视图的成像极限分辨率与三维场景深度及全息单元(Hogel)尺寸之间的关系;得出了在波长取632.8 nm时,全息体视图能够高分辨率再现的三维场景的极限深度为12.80 mm,最佳Hogel尺寸为90μm,并且依据极限深度设置了波前平面。选择2个三维场景进行了验证实验:数字模拟再现了结构较为复杂的坦克模型,可以准确表现出模型的各个深度上的精细结构;用基于空间光调制器的全息三维显示系统对茶壶模型进行了光学再现,再现图像很好地提供了深度和光泽等三维感知因素。     

一种全息体视图虚实场景融合显示的图像编码方法

为了较好地实现全息体视图虚实场景融合的立体显示,分析了虚实场景之间存在的遮挡关系,提出一种基于实例分割与深度值判定的图像编码方法。理论分析表明,场景间的遮挡来源于特定视角下物点的不同深度信息,相机采样时只能保留近处物点的强度信息。求解采样图像的深度图,利用深度值判定的方法可以实现场景的有效融合。为进一步降低深度值求解不精确的影响,利用Mask R-CNN实例分割算法对真实场景的采样图像进行分层处理,并赋予各层伪深度值,再采用深度值判定方法实现虚实场景之间有遮挡关系的融合编码。采用基于有效视角图像分割与重组(EPISM)的方法进行全息打印光学实验,结果表明,所提出的图像编码方法可以有效实现虚实场景融合的立体显示。     

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。     

3D图像数据库主观评估系统的建立

针对于3D图像质量评估方法不足,用于研究的主观数据库较少的现象。文中进行了以下工作:利用已有的EPFL数据库,从每一个场景从中选取主观评分最高的左右视图,并对左右视图进行同等程度的失真,失真类型包括:JPEG,JPEG2000,高斯白噪声,高斯模糊4种类型。每一个场景选取5组失真等级不同的图像,进行主观评分,最后用通用的PSNR验证了主观数据的真实有效性。     

全息体视图——从打印到计算（特邀）

全息体视图可利用光学打印、计算机生成方法获得,具有制作简单、视觉效果真实等特点,有望应用在大幅面全息显示、增强现实（AR）和虚拟现实（VR）等领域中。介绍全息体视图光学打印技术的写入方法的发展和打印装置的更新,以及计算全息体视图中计算方法的迭代和计算速度的提升,讨论了当前面临的挑战,并对全息体视图的未来发展进行了展望。     

基于立体匹配技术的数字全息三维形貌重构

针对数字全息对物体三维形貌的重构与测量,提出了一种将数字全息术与立体匹配术相结合的三维测量方法。首先利用离轴菲涅耳数字全息系统,采集三维物体的单幅离轴菲涅耳全息图;然后将获取的数字全息图分为两个部分,分别进行数值再现,可以得到两个再现像,两个再现像存在视差。最后利用立体匹配算法获取两幅视图再现像的视差,根据几何关系获取物体的深度信息,重构物体的三维形貌。实验中,分别对不连续物体和连续物体进行三维形貌的重构,得到了准确的三维物体深度信息。数值模拟和初步实验结果表明该方法有效可行。     

数字全息光电再现实像与人的交互

为了提高交互的自然性,提出用正交双目摄像机检测空间中的手指作为输入,引导全息影像显示的交互方法.在介绍交互原理的基础之上,分析了手指运动和像的变化,建立了两者的映射关系.在交互的实现上,通过计算全息预先得到场景的数字全息图序列,然后根据检测到的手指信息加载相应的全息图进行光电再现,即可达到数字全息光电再现实像的动态交互显示的效果.最后,孔雀全息再现像与人的交互实例验证了提出方法的有效性和可靠性.     

研究立体电视的新方法

到目前为止,解决立体电视的途径共有两种,立体电视法和全息电视法。这两种方法的基点是获得实景的信息,只是方式完全不同。立体电视法要求为观察者双眼提供实景的两个平面投影(立体象对)的信息。全息电视法是获得场景全息图形式信息(该信息是全息摄影材料致黑密度的分布)。立体电视法在构成立体图象时没有把目标的远近不同的光点衍射的球面光波在观察者视平面上具有不同波前曲率考虑进去。因此,立体电视法的图象存在着一系列不良效应。当变动观察点时,目标会发生畸变和失真.当必须使眼睛调节到固定距离(立体象对平面)时,又限制了重现场景的最大深度。全息电视原则上能重现目标在观察者视平面上形成的准确波前。但这种方法还存在     

数字全息重建像质量影响因素的模型仿真与分析

重建像质量的优劣是衡量数字全息成像最主要的标准.针对影响重建像质量的三个主要因素:参物角、CCD像素间距和再现距离,采用离轴全息记录与菲涅尔衍射近似重建算法对数字全息记录与再现过程进行了模型仿真,系统地探讨了各个因素对重建像质量的影响.通过仿真和分析获得了CCD像素间距和再现距离的参数范围以及参物角最大允许值,为具体实验验证提供了理论依据和操作指导.仿真实验结果表明,只有当参物角在最大允许值以内,选取合适的CCD像素间距和再现距离参数才能再现出清晰的重建物像.     

光伏电场对大容量体全息存储的影响与抑制

Fe∶LiNbO3 晶体有很强的光伏效应。通过理论分析和实验验证 ,在全息存储过程中 ,光伏效应会在晶体表面产生非均匀的光伏直流电场 ,它不仅降低了材料的动态范围 ,并且引起了Bragg失配 ,使得再现图像失真。消除光伏直流电场的方法是使用电解质溶液短路晶体表面电荷。采用这种方法 ,在晶体一个公共区域内 ,可存储 1 0 0 0幅能够清晰再现的全息图像     

基于空分复用的大尺寸全息再现方法

在计算全息再现过程中,受空间光调制器(SLM)自身像素尺寸的影响,再现像的尺寸很小。基于计算全息中相位型全息图上的每一点都包含有物体各个点的全部相位信息,提出一种扩大计算全息再现像尺寸的方法。利用空分复用法,将SLM分为四部分,每部分上分别加载含有物体不同场景的相位型全息图。在光学再现过程中,通过计算机控制加载到相应场景的全息图中相位光栅的变化,调节四个再现像的位置,实现了再现像的无缝拼接,从而得到计算全息大尺寸再现。实验结果证明了该方法的可行性。将该方法跟现有的几种方法进行对比,并进行了相应的讨论。     

无透镜傅里叶变换数字全息术的特点分析和讨论

利用传统全息的理论 ,分析了无透镜傅里叶变换数字全息记录和再现的方法及其相应的物像关系、记录系统结构参数对再现像分辨率的影响 ,并进行相应的实验验证。理论分析和实验结果都表明 :无透镜傅里叶变换全息术 ,不仅降低了数字全息对记录采样的要求 ,而且使再现像分辨率得到较大的提高。同时 ,在保证再现像分离的前提下 ,通过增大记录系统的数值孔径 (缩短记录物体到CCD和参考点源的距离 ) ,可以实现数字全息再现像分辨率的提高     

一种计算全息图真彩色显示的方法

为使用简单集成的光学系统完成高质量的真彩色全息显示,提出一种白光再现单幅计算全息图实现真彩色显示的方法。首先利用计算机图形学对彩色场景进行红绿蓝分色处理,采用博奇编码方式对处在同一位置处的不同颜色场景信息分别进行记录,制作3幅菲涅尔全息图。然后,基于三基色彩色显示的原理和全息图的记录再现特性,将3幅编码图按特殊结构合成一幅全息图进行再现。最后设计一个具有像素结构的滤光片,即可实现白光LED真彩色全息显示。通过实验,验证了本文方法的可行性。     

Gabor同轴数字全息的多重再现与自动聚焦

对于近场同轴数字全息在聚焦再现(再现距离精确等于实际记录距离)时,采用多重再现方法可以很好地消除共轭像的影响,但该方法没有考虑和分析再现距离与实际记录距离存在偏差时的影响。然而在实际应用中,实际记录距离难于精确测定,数字再现时采用的再现距离往往与实际记录距离存在偏差。对该方法进行了进一步的深入分析,分析发现该方法对距离偏差十分敏感,且随着距离偏差增大其共轭像消除效果会急剧下降;利用该方法对距离偏差的敏感特性,可以提高同轴数字全息自动聚焦的精准性和灵敏性。对上述结论进行了原理分析和实验验证。     

离轴数字全息记录条件的研究

用振幅全息和菲涅耳衍射理论,分析离轴数字全息记录系统结构参数对数字全息再现的影响,并进行相应的实验验证。理论分析和实验研究结果都表明,如果记录物体和CCD的尺寸固定,记录物体和CCD之间的记录距离将直接影响数字全息再现像的分离状况和系统的分辨率,在保证再现像分离的前提下,缩短物体和CCD之间的距离将有利于数字全息再现像分辨率的提高。     

测量粒子场的红外激光同轴全息技术

采用同轴全息技术诊断粒子场时,粒子尺寸过小会影响再现粒子统计的精度,而粒子场分布密度过大会影响全息图像的记录质量.针对可见光同轴全息中出现的微小粒子分辨和光透过率弱等问题,提出采用红外激光进行粒子场诊断的方法.数值模拟了红外激光与绿光激光记录小粒子的情况,分析结果显示:红外激光将小粒子的再现像放大,信息光增强,有利于小粒子的记录;实验验证了红外激光透过高密度物场的能力明显高于绿光激光.从而表明采用红外激光同轴全息技术进行小尺寸、高密度粒子场的实验诊断具有一定的优势.     

时空复用法实现傅里叶计算全息图的彩色显示

为实现傅里叶计算全息图的真彩色显示,本文提出了一种时空复用方法。首先对一幅彩色场景进行红绿蓝分色,并按照一定的比例对三色场景进行缩放处理,实现真彩色再现像的色差补偿;然后制作3幅具有特定结构的全息图,将3幅全息图轮流加载到空间光调制器上,通过时空复用保证了彩色再现像信息的完整性;最后通过使用滤光片,实现以白光LED作为再现光源的真彩色全息显示。结果验证了所提出方法的可行性。     

利用曲率分析的三维网格质量评估方法

由于顶点的曲率能够很好地反映3维网格的视觉特征,该文提出了一种利用曲率分析的3维网格质量评估方法。该方法首先估算各顶点的曲率,然后在每个顶点的邻域内构建一个曲率矩阵,并根据原始网格和失真网格对应曲率矩阵的奇异值差异评估顶点位置的失真,最后通过对这些局部失真的加权联合得到网格的整体失真。实验结果表明,相比于其他方法,该文提出的方法不但能够更准确地评估3维网格的质量,而且具有更好的鲁棒性。