动态激光全息立体显示技术研究

介绍了动态激光全息显示技术的基本原理和应用发展,指出制约着其步向应用的两个关键因素:较低的数据处理速度和显示设备的技术缺陷。从如何解决这两个难题的角度出发,分析和评价了计算全息图的高速解算方法以及近些年来的新技术方案。     

全息真三维显示系统

电脑屏显实际上是平面显示,尽管其有“立体”的视感,然而那只是一种具有心理景深的“伪三维”平面显示。真三维显示技术是在三维立体空间对物体成像,具有真正的物理景深。本文研究的是真三维的全息显示系统,分别介绍了五种真三维显示系统,对真三维全息显示中关键技术问题进行了分析和讨论。     

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。     

基于深度学习的计算全息显示进展

计算全息作为一种三维显示手段,能够基于衍射计算实现对目标光场的精确重建,在元宇宙通讯、AR/VR头戴显示、车载抬头显示等方向均有着重要的应用。如何实现高速且高质量的相位全息图生成是计算全息领域发展的关键问题,也是当前该方向的重要研究课题。近年来,深度学习技术的飞跃式发展为上述问题的解决提供了一条新的技术路径。本文介绍了计算全息技术的基本原理及算法分类,综述了近年来所提出的基于深度学习的计算全息解决方案,比较了各类方案的优势与不足,展望了深度学习技术在计算全息领域的发展与挑战。     

彩色全息显示方法与系统概述

彩色全息显示是全息视频显示技术发展的重要目标。概述了基于空间光调制器实现彩色全息显示的方法与系统构建问题。首先,介绍了彩色全息显示中三个单色全息像叠加生成彩色全息再现像的基本原理。分析了全息图生成的方法,比较了光全息图、数字全息图、计算机生成全息图的不同。其次,讨论了彩色全息显示系统构建时空间光调制器的选择以及多波长照明下的相位调制特性问题。在实际系统中,红、绿、蓝三色激光或者发光二极管都可以用作系统照明光源。然后,描述了基于时分复用、空间复用、空间划分、空间叠加方法构建的彩色全息显示系统架构,指出彩色全息重构结果受到空间光调制器像素结构和色差等问题的影响。最后,展望了彩色全息显示技术的发展方向。     

元宇宙中的动态全息三维显示:发展与挑战（特邀）

相比二维显示,三维显示可以提供更接近真实世界的图像内容,是5G、大数据、元宇宙和物联网领域的关键性技术。计算全息三维显示可以提供所有种类的深度线索,被认为是三维显示的终极实现方式,在智能制造、远程教育、异地办公和娱乐社交等领域都具有广阔的应用前景。文中首先介绍了计算全息技术的发展历史和重要技术节点,分析了高质量全息动态三维显示面临的挑战,主要包括计算全息图重建质量不足、波前调制器件和全息显示系统性能受限以及三维内容源匮乏等,进一步介绍了已有的解决方案,比较了各类方案的优势与不足,进而分析了高质量全息动态三维显示的主要研究方向,包括低噪声全息图的获取、像质优化和畸变校正技术的开发以及三维内容源的构建。实现高质量、低噪声、无畸变、高刷新、真三维的动态全息三维显示,是计算全息显示发展的必由之路,也是元宇宙等典型应用对全息三维显示提出的必然要求。     

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。     

数字全息显示中的三维物体信息量及其压缩

从人眼的双目视觉理论出发 ,研究了在双眼所能观察的视觉空间内 ,三维物体的信息量、全息图的信息量以及它们之间的关系问题 ,并给出了具体的计算方法及结果 ,为全息图信息压缩提供了理论依据和压缩途径。     

基于液晶空间光调制器的大视角全息显示技术

全息显示技术可以完整记录和再现物体的波前信息,被认为是3D显示的终极目标.其中大视角全息再现是全息显示的关键技术之一.本文从基于液晶空间光调制器的全息显示原理出发,介绍了近年来所出现的多种大视角全息显示方法,并对其实现技术做了探究分析,论证了现有大视角全息显示技术的实现原理及优劣.随着液晶空间光调制器像素间隔的减小、刷...     

基于硅基液晶的空分复用彩色全息显示研究

彩色全息显示是全息显示的一个重要研究目标。研究了使用RGB三色激光的彩色全息显示技术,提出基于空分复用的彩色全息显示方法。全息光电再现像的成像区域大小和成像区域中心位置依赖于RGB三色激光的波长,通过调节RGB三色分量原图大小以及加载数字闪耀光栅实现RGB三色再现图像分量区域大小和成像中心的重合。基于空分复用的方法建立了彩色全息显示系统,最终的彩色全息显示系统利用空间光调制器加载计算生成的24bit全息图再现彩色图像。实验结果验证了该方法的可行性。     

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.     

基于多空间光调制器拼接的空间悬浮全息真三维显示

全息技术是实现空间悬浮真三维（3D）显示的重要方法。空间光调制器（SLM）作为当前唯一的实时动态全息真3D图像投射仪器,像素量、分辨率等不足限制了其在空间悬浮真三维显示领域的应用。研究多SLM拼接实现高分辨低噪声的空间悬浮真3D显示,首先通过菲涅耳层析法结合空间坐标变换技术,计算获得3D物体360°视角的高分辨率全息图;然后将每张全息图分为相同分辨率的4幅图,加载到阵列式拼接的4个SLMs上,滤除一阶之外的光束后,再现出完整的具有高信息容量高分辨率的全息3D实像;最后利用超声雾化介质进行承载,实现实时动态空间悬浮真3D显示。另外,利用时间平均法对重建像进行噪声抑制研究,实验结果证明该方法可有效地提升空间悬浮全息显示图像的质量。     

三维物体计算全息的方法研究

为了探索提高三维物体计算全息图的生成速度的方法,比较了两种不同的方法。根据全息理论,对三维物体计算全息图的生成方法和原理进行了简单介绍。采用离轴全息进行的点源法和同轴全息进行的层析法分别对简单三维物体的全息图进行计算,同时对两种方法的特点和局限性进行了简单的比较,点源法方法简单,但运算速度较慢;层析法则需要在保证纵向分辨率的同时尽可能少的减少分层数量。最后,讨论了提高三维物体计算全息图生成效率的有效途径。     

基于液晶空间光调制器的计算全息波前编码方法

波前编码过程将计算全息所得的复振幅波前变换为与显示器件匹配的调制函数,是计算全息显示的关键技术之一。现有的计算全息显示器件大多只能实现单一振幅或单一相位调制,因此需要将复振幅波前编码为相应的振幅型或相位型全息图。本文围绕基于液晶空间光调制器的计算全息显示,综述了相位优化编码与复振幅转化编码的基本原理与算法步骤,分析了常见的波前编码方案框架,针对不同编码方法的适用范围进行讨论,为计算全息图波前编码提供方法选择参考。     

3D全息显示的城市光子地图系统设计

针对现有电子地图不能同时多视角、直观、真实地显示三维地形地貌信息,难以满足高速发展的数字化、信息化城市的建设和管理需求的问题,研究了一种运用全息显示技术的3D城市光子地图系统设计,提出了一种采用逆向衍射纯相位计算全息算法。首先运用SfM(Structure from Motion)理论获取3D地形点云数据,然后从衍射结果出发,将重构的3D地形信息作为衍射目标图像,逆向求取需要的衍射条纹;再通过分配衍射单元的查表算法转化为全息干涉条纹,写入银盐干板记录材料,在白光照射下再现为真三维光子地图。3D全息图在自行搭建的实验平台得到了显示,并借助外协设备将校园局部全息图打印在银盐板上。实验结果表明,系统设计方案可行,算法的运算效率和准确度较高,全息图的显示效果体现出了光子地图的基本属性。     

计算全息三维显示的数据压缩编码技术

全息三维显示能够重建真实场景的光场,提供全部的深度感,成为真三维显示的最佳解决方案之一。计算全息三维显示只需要知道物光波的数学描述,可以灵活地控制波前,显示出虚拟的三维物体。但是,巨大的数据量和计算量阻碍了计算全息三维显示的实用化。文中提出了计算全息三维显示中多个环节的数据压缩编码技术,包括三维物体的稀疏采样、全息三维视频压缩编码的优选和参数优化、全息图分形压缩算法,有效地压缩了数据量,并利用GPU的并行运算能力实现了全息图的快速计算。     

基于液晶空间光调制器的复振幅全息显示进展

计算全息能够在计算机中实现光学全息的波前衍射计算与波前数字编码,并通过相干光照射全息图重建物光波前.但其空间带宽积受现有数字调制器件限制,光学重建受振幅编码或相位编码引入的噪声影响.复振幅全息利用现有的光电调控器件实现全息图复振幅波前编码,避免振幅项或相位项的损失,兼有高运算效率、高空间带宽积和高重建精度等优势.基于双...     

用于三维显示的双目体视全息图

本文讨论并制作了高效近像面双目体视全息图,在室内自然光下,就可通过它观测到明亮的立体影像,文中还分析了与此有关的一些问题.     

计算全息三维实时显示的研究进展

计算全息三维实时显示是目前国际光学领域的研究热点之一。综述了计算全息三维显示技术研究的现状。从计算全息三维显示的原理出发,简介了全息图计算的复杂度、再现像尺寸与视场角等参数的关系以及影响再现图像质量的主要因素。分析了各种获得高质量、大图像和宽视场角的全息三维实时显示技术方案,指出了其中存在的关键问题,并对全息三维实时显示的未来进行了展望。     

基于超快液晶薄膜的实时动态全息三维视频显示

介绍了在超快液晶薄膜中的实时动态全息视频显示成果,此薄膜不需任何外加电场,而且全息响应在毫秒量级,全息图建立和自擦除时间最快都可达到1ms。利用红绿蓝(RGB)三色激光作为读出光获得了无串扰噪声红绿蓝三色实时动态全息显示视频。基于全息复用技术,在此材料中实现RGB模式彩色全息视频显示。由于此材料易于制成大尺寸显示屏,而且无需任何外加电场,所以由其制成的空间光调制器或其他全息显示器件无需进行像素化,这样就能有效地克服现有空间光调制器的缺陷,其有望在未来被开发成高分辨率、大尺寸、彩色实时动态全息三维视频显示器。