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,该方法可实现大尺寸、高分辨率的动态全息显示效果,突破了数字微镜器件固有的像素数目及分辨率限制,使用像素分辨率为2K的数字微镜器件可显示8K甚至更高分辨率的重建图像,尺寸可以达到82 mm甚至更大。     

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。     

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。     

多平面真三维全息显示

提出了一种多平面迭代算法,通过计算多个平面之间光波的前向和后向传播得到全息面的相位分布的恢复,并且用各个平面上的目标图像的振幅来限定传播过程中的光强。该方法将三维的光场分布离散化为相干光在多个二维平行平面上的同时调制,大幅减少了全息计算量。利用纯相位空间光调制器加载计算全息图,在三个屏幕上依次得到三个不同景深的图像,对于人眼调焦过程进行了模拟,实现了多平面真三维显示。系统简单,对于运算处理与显示器件的要求不高,易于实现。     

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。     

基于计算全息的串联式三随机相位板图像加密

本文提出一种串联式三随机相位板图像加密的新方法,该方法充分运用计算全息记录复值光场的特性以记录加密图像,在传统的双随机相位加密系统基础上,置人第三个随机相位板在输出平面上,对输出的计算全息图进行相位调制加密,引入了新的密钥,获得很好的双密钥效果!同时由于计算全息周再现的多频特性,解密须正确提取单元频谱,进一步提高了图像...     

大尺寸全息3D显示系统

全息显示技术被认为是最有前景的显示技术之一。然而,目前的空间光调制器（SLM）尺寸很小,不能满足大尺寸全息显示的要求。提出了一种大尺寸全息3D显示系统,该系统由1个激光器、1个扩束器、3个透镜、1个分束器、2个SLM及1个孔径光阑构成。首先使用误差扩散方法生成大尺寸的全息图;然后将大尺寸全息图分割为2幅具有相同分辨率的全息图,并将它们分别加载到2个SLM上;最后在空间上将2个SLM的衍射光场无缝拼接在一起,实现大尺寸全息3D显示。实验结果验证了该系统的有效性。     

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。     

LC-SLM的光学调制特性及其在全息中的应用

液晶空间光调制器是实时光学信息处理中的重要器件,本文分析了液晶空间光调制器的光学调制特性及其目前在全息领域的主要应用.并根据液晶空间光调制器实时再现计算全息图的原理,提出利用计算全息技术得到单元合成全息图阵列,通过计算机控制向液晶空间光调制器输出合成全息图序列进行实时光电再现进而实现合成全息动感的方法,分析了基本原理和实现方法并给出了相应实验结果.     

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。     

一种基于散斑结构的全息显示屏

提出一种全息平面显示屏的设计和制作方法。显示屏由全息像素单元组成,每一个像素单元都基于散斑的像面全息结构,其中基元光栅起到调制入射光并定向衍射成像的作用。分析了显示屏的视场特性,数值模拟了记录参考光不同入射角度和起限制垂直方向视场作用的狭缝的宽度对再现散斑像的影响。制作出幅面大小为600 mm×800 mm(约40″),厚度为1.5 mm的普通投影全息显示屏,给出相应的制作流程和制作参数。结果表明,全息显示屏具有高亮度和消色散的优点,浮雕型结构便于进行大幅面的快速微纳米压印复制,使得所提出的显示屏具有低成本的工艺优势。     

Evolution of spatial light modulator for high‐definition digital holography

Since the late 20th century, there has been rapid development in the display industry. Only 30 years ago, we used big cathode ray tube displays with poor resolution, but now most people use televisions or smartphones with very high‐quality displays. People now want images that are more realistic, beyond the two‐dimensional images that exist on the flat screen, and digital holography—one of the next‐generation displays—is expected to meet that need. The most important parameter that determines the performance of a digital hologram is the pixel pitch. The smaller the pixel pitch, the higher the level of hologram implementation possible. In this study, we fabricated the world‐smallest 3‐μm‐pixel‐pitch holographic backplane based on the spatial light modulator technology. This panel could display images with a viewing angle of more than 10°. Furthermore, a comparative study was conducted on the fabrication processes and the corresponding holographic results from the large to the small pixel‐pitch panels.     

角度双重像面全息术研究

本文根据光全息记录的多重性,提出一种新的角度多重像面全息术,实现一次曝光记录全重叠多物像,并在不同的角度分别提取不同的单物信息。文中给出多重像面记录,再现理论及噪声讨论,拍摄得到较为满意的双重像面全息图。     

基于多视差立体显示的数字合成全息技术研究

合成全息图利用多视差图像实现立体显示,并可通过分区曝光实现大面积制作。介绍了数字合成全息的原理及其实验系统,针对其制作过程中的两种图像采样方式,研究了图像的分割和重组原则。通过对单元全息图合成拍摄中图像重叠投影的分析,基于非成像光学理论设计制作了能实现这一功能的透镜,并借助光学软件对其进行了仿真。最后利用所设计的透镜进行了合成全息实验,结果表明,利用所设计的重叠投影透镜和适当的图像处理方法,能合成出轮廓清晰、立体感强的全息立体图。     

计算彩色彩虹全息术颜色复现机理分析

基于颜色传递和匹配原理,讨论了彩色计算全息色系和计算机显示色系下颜色量的一般转换关系,同时研究了计算全息物光波振幅和其对应的颜色量之间的等色传递问题,建立了计算全息物光波振幅与计算机显示色系下颜色量之间所应满足的关系。在此基础上对计算彩色彩虹全息术颜色复现机理进行了详细的讨论,给出了计算彩色彩虹全息术颜色复现时的三原色。     

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。     

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。     

一种提高粒子再现像对比度的方法

在对3维粒子场全息图的数值重构过程中,为了提高和改善聚焦粒子再现像的对比度,减小直透光、孪生像以及离焦粒子像的影响,采用了1种数值处理方法,通过对数值重构出的2个聚焦与非聚焦面上粒子复振幅相减,可以将直透光、孪生像和离焦粒子像对聚焦粒子的影响同时减小,并给出了简要理论以及仿真、实验结果。结果表明,在同轴数字全息层析再现粒子场过程中,该方法适用于在某一聚焦面仅显示聚焦粒子;此外,该过程仅需要一张全息图,而且不需要对全息图做预前和后期处理。     

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。     

Computational load reduction by avoiding the recalculation of angular redundancy in computer‐generated holograms

A fast hologram calculation approach is proposed to reduce computational load by avoiding the recalculation of redundancy information. In the proposed method, the hologram is divided into several sub‐holograms that record and reconstruct different views of 3D objects. The sub‐hologram is generated from its adjacent calculated sub‐holograms by only adding the holograms of difference images between an adjacent pair of views. The repetitive information of two adjacent views is called angular redundancy. Therefore, avoiding the recalculation of this angular redundancy can considerably reduce the computational load. Experimental results confirm that the proposed method can reduce the computational time for the statue head, rabbits, and car to 4.73%, 6.67%, and 10.4%, respectively, for uniform intensity, and to 56.34%, 57.9%, and 66.24%, respectively, for 256 levels intensity, when compared to conventional methods.