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。     

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。     

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。     

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。     

采用全息光学元件的全息三维显示系统

Koji Yamasaki等人曾提出采用全息照相和立体照相技术的三维显示系统。其法在会聚和视觉调节之间有点矛盾。研发系统的显示部分为液晶显示器 ,它能显示三维电影。1　引言目前许多研究人员致力于三维显示技术。他们提出三维显示技术的各种方法 ,如视差栅障 ,双凸透镜 ,偏振镜和全息照相术。除全息照相术外 ,这些方法都属于立体技术。只有全息照相术没有观察者双眼的会聚和视觉调节之间的矛盾。全息照相术保持水平视差和垂直视差 ,因此全息照相术是最理想的三维显示技术。但制作电影非常困难 ,因为计算机不能实时计算大量全息照相数据。麻省…     

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。     

全息立体显示视角增强方法研究

介绍了全息立体成像的工作原理,通过与其他立体成像技术比较,说明全息立体显示能形成真三维再现像,具有可以提供全部物理景深的优势。从改善全息立体像观察视角出发,阐述了4种增强视角的方法,介绍了这些方法的原理,并对这些方法做了比较分析。     

基于多平面全息成像的三维显示

提出了一种基于分数傅里叶变换的多平面成像方法。由空间光调制器给出时序加载全息图的同步信号到外部控制电路,外部控制电路根据时序信号控制聚合物分散液晶屏的开关,使非成像位置的聚合物分散液晶屏为开态,让光通过;使成像位置的屏为关态,接收图像。时序加载不同的全息图,在不同屏上得到了不同的像,利用人眼的视觉暂留效应,实现了多平面全息成像的三维显示。该投影方法可以通过控制光学系统参数和计算全息图时的采样条件调节深度范围,系统简单,易于实现。     

基于FPGA的固态体积式真三维显示系统视频驱动设计

固态体积式真三维显示系统的视频显示核心器件为数字微镜D4100投影系统,文章基于D4100的视频驱动特点及接口要求,以FPGA为核心设计了由DVI的数据接收处理至D4100投影显示系统,包括DVI视频解码、视频输出处理、时序控制以及LVDS发送模块,并实际设计电路板,与D4100联合调试,实现1024×768的图像投影显示。     

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。     

计算机生成全息实时显示技术的研究现状

计算机生成全息图技术将计算机技术与全息技术结合在一起,是近年来研究的热点。重点介绍了可应用于全息实时显示的计算机生成全息图的实现方法,分析了目前计算机生成全息图的技术难点,并对三维显示技术的应用前景进行了展望。     

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。     

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。     

全息立体显示技术助推裸眼3D发展

实现影视景物形象的真正全息三维显示是当今影视科技发展的前沿,世界科技发达国家都投入了科研力量从事相关研究并已获得一定成果。此项研究的意义远远超出目前"影视行业"狭义范畴,其用于科学研究和国防领域的重要意义更是显而易见。Song_tanxuan@ccw.com.cn欢迎您加入讨论。     

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。     

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。     

基于FPGA的红外视频实时采集与显示系统

目前市场上的红外视频输出设备大多数输出模拟视频信号,该信号的产生是由设备中的数字信号经D/A芯片转换的,但转换过程中必然会带来信号缺损或细节信息丢失,针对此情况,本文提出了基于FPGA的直接显示数字视频的方法.该系统采用FPGA编程技术,实现将红外探测设备采集到的非标准数字视频信号转换为标准的数字视频信号,并通过DVI转换芯片TFP410实现可直接在具有DVI接口的数字显示器上显示的视频图像,保证了实时观测监控目标位置和轨迹的需求,在红外视频实时监控系统中有很好的应用前景.     

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。