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。     

基于空间光调制器的合成全息显示技术研究

提出了一种基于液晶空间光调制器和计算全患技术的合成全患显示新方法.由计算机设计三维物体模型并获取带有视差信息的系列二维体视数字图像,通过计算全患方法对每一幅二维图像计算得到相应的全息图,再现时将左右眼视图对应的全息图同时输出到两个空间光调制器进行实时光电再现,并使再现像的位置符合人眼双目观察需要,计算机控制不同视角全患图顺序输出,从而实现合成全患立体显示,同时可观察合成全息动感,而观察者位置不必移动,与传统的合成全息显示相比操作灵活,易于控制.在实验中用液晶背投影光学引擎系统设计了硬件实验系统,设计了相关的控制软件,并给出了实验结果.     

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...     

基于空间光调制器的全息透镜记录波前像差优化方法

提出了一种基于空间光调制器(SLM)的全息透镜(HL)记录波前像差的优化方法。从波像差理论出发,经过理论分析得出透射式全息透镜的像差表达式与像差特性,绘制了全息透镜的一维像差曲线,提出了基于空间光调制器的全息透镜波前像差优化方法。使用空间光调制器加载全息图,通过单次曝光记录全息透镜减小像差的方法进行了理论分析,并针对空间光调制器的零级串扰以及视场孔径光阑对全息图和像差的影响进行了讨论。使用优化后的全息图函数计算出包含非球面信息的全息图,设计了基于空间光调制器的全息透镜记录与成像实验,实验结果与理论分析相符合。     

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。     

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。     

基于衍射光栅和空间光调制器的点阵全息光刻方法

讨论了现有各种点阵全息光刻系统的基本原理。提出了一种基于衍射光栅和空间光调制器数字微反射器(DMD)的点阵全息光刻系统和方法。实现了飞行曝光加工方式,相比现有的步进曝光方式,其加工效率和定位精度获得了大幅度的提升。基于频域分析理论讨论了影响所述光刻系统的分辨率、图形质量和焦深的主要因素。阐述了在该光刻系统中实现飞行曝光加工方式的基本原理。     

基于空间光调制器的一步相移同轴数字全息

提出了一种基于空间光调制器的一步相移同轴数字全息术,该技术利用空间光调制器相位调制特性一步实现参考光四种相位延迟,获取含有四种相移信息的单幅复合数字全息图。数值模拟和预研实验表明,复合数字全息图经过插值和再现运算后,再现物波中的零级和共轭像被有效地去除,再现图像清晰。相比于时间相移全息术仅能研究静态物体的局限性,基于空间光调制器的一步相移数字全息术可用于实时记录和表征物体动态变化特性,在生物细胞活体观测、粒子场动态测量等领域有着广泛的应用前景和研究价值。     

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。     

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。     

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。     

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。     

基于数字化全息的虚实混合场景动态三维显示

提出了一种数字全息图（DH）与计算机制全息图（CGH）结合的虚实混合场景全息三维显示方法。首先采用无透镜傅里叶变换数字全息图记录真实场景三维信息。接着根据空间光调制器像素间距对DH进行采样频率变换。然后在频域对变换后的DH进行高通滤波及场景的缩放、面内旋转、平移等操作。最后采用双极强度法计算虚拟场景的CGH。计算中,将处理后的DH作为双极强度叠加的初始值,从而实现了真实和虚拟场景全息图的融合。搭建彩色动态全息三维显示系统对提出的方法进行了实验验证。对商用反射式液晶4 K投影仪进行了改造,实现了30 fps的彩色动态全息三维显示。实验结果表明所提出的方法实现了DH和CGH的高效融合,为虚实混合场景动态全息三维显示提供了一种有效途径。     

数字合成全息系统中空间光调制器DMD的研究

研究了数字合成全息系统(DSHS)中数字微反射器(DMD)的光学反射衍射混合的性质,解释了入射光入射角度任意性而不必拘泥于20°的原因,对DMD反射衍射混合成像的特性从其微结构角度进行了分析,特别注意了微反射镜的镜轴方向对图像成像区域和图像灰度的影响。针对DMD的性质设计了实验并得出了结果,用DMD作空间光调制器(SLM)实现了DSHS的设计。     

基于纯相位液晶空间光调制器的共焦三维扫描方法研究

针对传统的机械式共焦扫描方法由于受机械 特性或驱动技术的限制难以满足材料内部物理过程检测、缓慢化学反应可视化和活体 细胞成像等应用领域的需求,深入研究了基于纯相位液晶空间光调制器(LCSLM)的聚焦光斑 三维位置控制技术,利用LCSLM对入射光进行相位与振幅的同时调制,设计了无机械运动部 件 的三维共焦扫描系统,实现了显微物镜聚焦光斑的 三维扫描。研究结果表明,利用LCSLM能够 实现最大横向偏转角度为0.021 rad,光束偏转的绝对误差 ｜θerror｜＜3．30×10－8 rad≈1．89× 10－6,且能够实现轴向[－55.6mm,55.6mm]的扫描范围。     

数字全息变焦系统测量液晶空间光调制器相位调制特性

针对液晶空间光调制器(LC-SLM)应用于光信息处理等诸多领域的前提是必须准确测量出其相位调制特性曲线,本文利用全息干涉计量原理和数字全息变焦系统,提出了一种测量LC-LSM相位调制特性曲线的新方法,只需拍摄两幅数字全息图就能获得完整的相位调制特性曲线,并能够消除系统误差,从而降低对光学元件和调试精度的要求,且不需要完成衍射计算。介绍了相关的测量原理,给出了具体的实验测量过程、计算方法,实验结果表明,本文方法具有系统简单、可以消除系统误差和快速的优点。     

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。