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。     

基于时分复用方法的真彩色全息显示

提出了一种改进的时分复用方法,采用同步控制电路控制两段式彩色滤光轮的转动速度与全息图的切换速度一致,通过两次切换全息图,即可实现傅里叶计算全息图的真彩色显示。该方法通过缩放处理来消除再现像的色差,并采用迭代傅里叶算法制作了两幅包含有彩色信息的合成相位全息图,使记录着单一颜色场景信息的全息图再现时只占用空间光调制器(SLM)的1/2区域。此方法实现了白光LED真彩色全息显示,减少了传统时分复用方法加载全息图的次数,对SLM刷新率的要求也降低了1/3。实验验证了此方法的可行性。     

基于频域滤波的计算机制真彩色彩虹全息图模拟再现

提出了一种计算机制真彩色彩虹全息图模拟再现方法。根据衍射及几何光学的原理,分析了彩色彩虹全息图再现时空间观察窗口与频谱面窗口的对应关系。在计算机中构造照明光(红、绿、蓝三色)的分布,并分别与全息图相乘,采用傅里叶变换对上述结果进行频谱分析,并通过频域滤波获取与特定观察窗口位置对应的频谱信息;然后进行逆傅里叶变换得到全息面上的再现像。将逆傅里叶变换结果衍射一段距离,可得到对应于特定观察窗口、位于不同位置处的再现像。通过计算机模拟得到了与光学再现一致的结果,表明了该方法的可行性。为快速、经济地验证计算机制真彩色彩虹全息图的正确性提供了一种途径。     

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。     

真彩色动态全息图制作的新方法

提出了一种用计算机制作真彩色动态全息图的新方法。获取物体动作的颜色和三维坐标信息,用计算机模拟物光波;基于计算全息的原理和全息图的物像关系,设计分色全息图和体视对的计算参数,算出含体视对的分色菲涅耳全息图;将三分色菲涅耳全息图光学再现,使所有体视对再现像能在某一位置重合;光学方法记录各动作的重合像,制得彩虹全息图。白光下,通过移动双眼位置,能见真彩色动态效果。此方法避免了繁杂的光路,得到了高质量的分色全息图,并解决了再现像难于重合的问题。     

计算机与光学方法相结合的彩色彩虹全息术

提出了计算机制全息与光学全息相结合制作彩色全息图的彩色彩虹伞息术.通过计算机对彩色图像进行自动分色,制作红、绿、蓝3幅丰计算全息图H1,以H1的再现像为对象,用激光制作彩色彩虹全息图H2,用白光再现获得彩色再现像.该方法把汁算机制全息与传统的光学全息相结合,发挥了计算全息与光学全息的优势.在全息图的计算中采用了快速傅里叶变换,加快了计算速度.给出了理论分析和实验结果.     

计算合成全息与全彩色3维显示技术的研究

为了实现彩色真实物体的全彩色3维显示,研究了基于计算合成全息技术的全彩色3维显示技术.通过计算机获取彩色3维物体的坐标、亮度、颜色等信息,用计算机模拟物光波和参考光波,在计算程序中进行参量设置,计算对应于红、绿、蓝三色光波的3幅菲涅耳计算全息图.根据全息物像关系控制3幅菲涅耳计算全息图的位置,用单波长激光同时再现3幅计算全息图,将3幅菲涅耳计算全息图合成为彩色彩虹全息图.在白光下获得3维立体图像,进行了理论分析和实验验证.结果表明,利用计算合成全息技术可以实现彩色真实物体的全彩色3维显示.     

基于计算全息技术的彩色CT真三维可视化

不同于现有的用计算机软件合成的CT 图像的伪 三维可视化,本文提出了一种基于计算全息技术的彩色CT 图像的真三维可视化技术。首先,利用计算全息技术对彩色CT图像进行三维重建,将一组 彩色CT图像的空间 二维信息融合成三维信息,并以计算全息图(CGH)的形式进行保存;然后,设计了彩色CT图 像光电再现与三维显示系 统,以液晶空间光调制器(LC-SLM)作为CGH的显示载体,通过计算机同时输入 3幅CGH,通过光电再现获得 三原色三维再现像,利用合色棱镜将三原色再现像合成为彩色图像,用雾屏作为彩色三维再 现像的显示载体,获 得彩色真三维CT图像。在全息图的计算过程中,基于CT图像的二维属性,采用了快速傅里 叶变换(FFT)算法,大大加快了计算速度。给出了理论分析与实验结果。     

编码法制彩色动态全息

为了获取高质量的彩色动态全息,采用计算机编码的方法,提出了一种制彩色动态全息的新方法。根据色度学和采样原理, 将任一分动作物点分解为红、绿、蓝三基色物点,计算编码调整三基色物点的位置,使它们对应的含体视对的3张分色全息图放置在同一平面上, 经共轭光再现后,所有体视对的再现像能在空间上完全重合,并记录重合像与参考光干涉后的彩色全息图。结果表明,彩色全息图经再现后,随着人眼位置的移动,可见不同的动作像,从而实现彩色动态效果。此方法能有效解决彩色动态全息图再现像难重合、对实验条件要求高的问题;且操作简单易行,能有效避免一些不必要的噪声,在3维显示方面具有较好的应用价值。     

计算集成平板周视彩色全息图

提出计算机和光学联合制作平板周视全息的方法,通过计算得到集成菲涅耳环带全息图,利用环带全息图的再现像作为记录目标进行光学全息的拍摄,实现集成平板周视彩色全息图。详细分析了集成平板周视彩色全息原理,通过实验进行了验证。该方法增强了体视全息显示的灵活性,提高了平板周视彩色全息图的计算速度。     

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。     

Estimation of Motions in Color Image Sequences Using Hypercomplex Fourier Transforms

Although the motion estimation problem has been extensively studied, most of the proposed estimation approaches deal mainly with monochrome videos. The most usual way to apply them also in color image sequences is to process each color channel separately. A different, more sophisticated approach is to process the color channels in a “holistic” manner using quaternions, as proposed by Ell and Sangwine. In this paper, we extend standard spatiotemporal Fourier-based approaches to handle color image sequences, using the hypercomplex Fourier transform. We show that translational motions are manifested as energy concentration along planes in the hypercomplex 3-D Fourier domain and we describe a methodology to estimate the motions, based on this property. Furthermore, we compare the three-channels-separately approach with our approach and we show that the computational effort can be reduced by a factor of 1/3, using the hypercomplex Fourier transform. Also, we propose a simple, accompanying method to extract the moving objects in the hypercomplex Fourier domain. Our experimental results on synthetic and natural images verify our arguments throughout the paper.      

Laser display technology

The promise of producing a cathode-ray-tube type of display with essentially unlimited screen size accounts for much of the current interest in laser displays. The first display that used a laser light source to generate a television image was operated in late 1964. Since that time, a number of experimental laser display systems have been demonstrated, including versions capable of reproducing color television images and displaying computer-generated information. Adequate light modulation and scanning techniques are presently available, but the design of broadly applicable equipment still awaits the development of more efficient multicolor lasers.     

液晶空间光调制器相移特性研究

根据计算全息原理和傅立叶变换的位移原理,将液晶显示器作为光学显示元件,通过适当改变显示在液晶显示器上的计算全息图的编码,对液晶空间光调制器进行相移特性系统研究。实验测量表明液晶空间光调制器相移系统具有很高的精确性、可重复性和稳定性,并验证相移系统在同轴数字全息中使用的可行性。     

无狭缝计算全息图的白光再现

利用彩虹全息是实现白光全息的常用方法,由于记录过程中引入狭缝使得再现像的视场非常狭小,且只有水平视差。在计算全息中模拟无狭缝记录,通过博奇编码获得菲涅耳全息图,以视频信号输入液晶板(LCD)显示,在白色发光二极管(LED)照明下获得同时具有水平和垂直视差的彩色全息再现像,大小为15 mm×15 mm。调整物面采样间距和滤波小孔孔径以减小色模糊、提高再现光的空间相干性,获得的白光再现像与彩虹全息图的再现像相比,前者虽然牺牲了一定的像质,但垂直视场角远大于后者,且整个系统简单紧凑、操作方便,再现像视场范围大,利于观察和接收,另外宽光谱光源和空间光调制器的使用为实现实时三维彩色全息打下了基础。     

Methods for Displaying Three-Dimensional Images

The essential components of generating three-dimensional (3-D) images are defined, and various methods of creating each of the components are explained. The components are image acquisition, image multiplexing and processing, and display mechanisms. For image acquisition, transforming, synthesizing based on disparity, voxel and wavefront deformation, and sampling and photographing methods are used. For multiplexing, time, spatial, and spatiotemporal, and for processing, chirping, layering, and pixel cell based multiview image arrangement methods are used. The display mechanisms are classified into projection, contact,and scanning types depending on their means of displaying images. From these methods, 3-D images with real volume, with parallax only and with psychologically induced depth sense can be generated. The display mechanisms have another important mission of creating viewing zones. For this purpose, all 3-D imaging methods employ a special form of optics or mechanisms complying with their image multiplexing schemes. These optics and mechanisms are essential in realizing 3-D imaging systems but at the same time they provide many unfriendly and uncomfortable effects to viewers, and also impose some functional limitations.     

双随机相位不对称分数傅里叶变换计算全息

提出了双随机相位不对称分数傅里叶变换计算全息.首先用一随机相位函数乘以输入图像信息,然后沿x方向实施α级次的一维分数傅里叶变换,再乘以第2个随机相位函数,最后沿y方向实施β级次的一维分数傅里叶变换.采用迂回位相编码法对变换后的结果编码,绘出计算全息图.为了恢复原图像,需要知道变换级次和随机相位函数.利用这种方法进行图像加密,使加密图像的密钥由原来两重增加到四重,从而提高了系统的保密性能.     

Visual perception of Fourier rainbow holographic display

The rainbow hologram provides views of reconstruction with rainbow color within a large viewing zone. In our recent paper, a Fourier rainbow holographic display using diffraction grating and a white‐light LED source was introduced. In this technique, the rainbow effect is realized by the dispersion of white‐light source on diffraction grating, while the slit is implemented numerically by reducing the demands of the space‐bandwidth product of the display. This paper presents a novel analysis on the visual perception of the Fourier rainbow holographic display using Wigner distribution. The view‐dependent appearance of the image, including multispectral field of view and viewing zone, is investigated considering the observer and the display parameters. The resolution of the holographic view is also investigated. For this, a new quantitative assessment for image blur is introduced using Wigner distribution analysis. The analysis is supported with numerical simulations and experimentally captured optical reconstructions for the holograms of the computer model and real object generated with different slit size, reconstruction distance, and different observation conditions.     

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。