CN100549871C - 将三维数字信息记录在全息底片上的记录方法 - Google Patents

将三维数字信息记录在全息底片上的记录方法 Download PDF

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Abstract

将三维数字信息记录在全息底片上的记录方法，它涉及的是三维图像存储及立体显示的技术领域。它是为了解决现有技术存在制作物理模型时间较长、费用较高、虚拟现实系统价格昂贵的问题。它的数字微反射镜的光轴上依次设置有四分之一波片、偏振分束镜、第一凸透镜、空间滤波器、第二凸透镜、全息底片，激光器输出的激光通过电动快门、分束镜、二分之一波片、第四凸透镜、第三凸透镜入射到偏振分束镜的输入端；另一部分激光透过分束镜后由反射镜反射到全息底片的背面上。它的步骤为：将三维图像转换成不同视角的二维图像系列；在数字微反射镜上显示；在全息底片上成像。本发明能将计算机中数字式三维图像记录到全息底片上，以实现立体显示。

Description

将三维数字信息记录在全息底片上的记录方法
技术领域
本发明涉及的是三维图像存储及立体显示的技术领域。
背景技术
随着信息技术的发展，计算机图形学和数字图像处理技术在科学研究、生产实践和现实生活中有大量的应用，如汽车和制造业的设计、工程设计的展览、军事立体地图的应用、石油和天然气探测的数据、商业广告和艺术品展览都有三维数据需要显示它的立体结构。目前三维数据的显示通常是要制作物理模型，或利用虚拟现实技术中的多种立体图像的显示方法，如头盔式显示、戴偏振光眼镜等。如果要制作物理模型，制作时间较长、费用较高，若利用虚拟现实技术显示，则都是限制在昂贵的虚拟现实系统中使用。而全息图像以其再现光波和真实光波的相似性，将成为的有潜力可以提供真实感三维图像显示的技术。因此需要有简便快捷和在脱离显示系统的更广阔的空间去展示三维全息图像的方法。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术在展示三维立体图像时需要制作物理模型或在虚拟现实系统中实现，但其存在制作物理模型时间较长、制作物理模型费用较高、虚拟现实系统价格昂贵的问题。而提出一种将三维数字信息记录在全息底片上的记录方法。
本发明方法所使用的装置包括计算机、D/A-A/D转换器、数字微反射镜、四分之一波片、偏振分束镜、第一凸透镜、空间滤波器、第二凸透镜、全息底片、二维位移总成、反射镜、第三凸透镜、第四凸透镜、分束镜、二分之一波片、电动快门、激光器和VGA分配器；
全息底片设置在二维位移总成的工作面上，数字微反射镜的光轴心线上依次设置有四分之一波片、偏振分束镜、第一凸透镜、空间滤波器、第二凸透镜和全息底片，数字微反射镜的光轴心线与四分之一波片的光轴心线、偏振分束镜的光轴心线、第一凸透镜的光轴心线、空间滤波器的光轴心线和第二凸透镜的光轴心线相重合；激光器输出的激光通过电动快门入射到分束镜的输入端，部分激光由分束镜反射并依次通过二分之一波片、第四凸透镜、第三凸透镜入射到偏振分束镜的输入端，并使偏振分束镜反射光的轴心线与数字微反射镜的光轴心线相重合，所述部分激光由偏振分束镜全部反射后经四分之一波片入射到数字微反射镜上；另一部分激光透过分束镜后由反射镜反射到全息底片相对于第二凸透镜的背面上，并与第二凸透镜的光轴心线相交；计算机的数字控制输出输入总线端连接D/A-A/D转换器的数字输入输出总线端，D/A-A/D转换器的位移控制输出输入端连接二维位移总成的控制输入输出端，D/A-A/D转换器的快门控制输出端连接电动快门的控制输入端，计算机的数字图像数据输出输入总线端连接VGA分配器的数字数据输入输出总线端，VGA分配器的视频信号输出端连接数字微反射镜视频信号输入端。
将三维数字信息记录在全息底片上的记录方法包括以下步骤：
步骤一、在计算机中将三维图像转换成不同视角的二维图像系列；
步骤二、计算机通过VGA分配器将二维图像的像素在数字微反射镜上显示，显示的规则为：把从左到右、从上到下不同视角的二维图像中第M行、第N列的像素，从右到左、从下到上排列由数字微反射镜显示；
步骤三、计算机通过D/A-A/D转换器控制电动快门工作，激光器输出的激光经分束镜分成两束，其中一束光通过二分之一波片，经第四凸透镜扩束，第三凸透镜准直后入射到偏振分束镜，激光由偏振分束镜全部反射后经四分之一波片入射到数字微反射镜上，数字微反射镜将激光反射后通过四分之一波片、偏振分束镜后由第一凸透镜汇聚，经空间滤波器滤波和第二凸透镜汇聚到全息底片上，作为物光束；另一束光通过反射镜入射到全息底片的另一侧，作为参考光束并与全息底片上物光束重合，同时计算机通过D/A-A/D转换器、二维位移总成控制全息底片做底片平面内二维移动，而将二维图像记录到全息底片上；其成像、位移规则为：将数字微反射镜上的图像成像在与其对应的全息底片的第M行、第N列上，逐点记录所有行和列的像素形成整个全息图。全息底片全部拍摄完成后用白光照明即可实现立体成像。
本发明能将计算机中的三维数字信息记录到全息底片上，以实现立体显示，并且横向和纵向的图像信息都不丢失、图像大小不受限制、视角大、图像质量好，其装置具有结构简单、制造成本低廉的优点。可以不制作物理模型或不在虚拟现实系统中，就能记录显示三维全息图像。在科学计算数据可视化的立体显示中，可以大大加快数据的处理速度，使产生的海量数据得到有效利用，观察到数据中隐含的现象，为发现和理解科学规律提供有力工具。全息图存储信息量大，一个全息立体图像相当于成千上万个平面像，从存储的信息量和立体显示两方面来说，全息图都是三维图像存储的最好方式。在实现快速存储的光机电一体化的全息立体记录设备后，会推动立体图片市场的快速发展，成为三维图形工作站、虚拟现实工作站和通用计算机的输出设备。在工业工艺设计、复杂3D机械模型、产品虚拟展示、建筑视景与城市规划、大范围仿真图形场景的输出、工程设计、航空航天、军事、地形地貌、地质矿产、三维探测数据显示、科学计算可视化、医学图像三维重建、商业广告、艺术品展览和人像摄影等方面都有广阔的应用转化前景。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本具体实施方式所述将三维数字信息记录在全息底片上的记录方法所使用的装置由计算机1、D/A-A/D转换器2、数字微反射镜3、四分之一波片4、偏振分束镜5、第一凸透镜6、空间滤波器7、第二凸透镜8、全息底片9、二维位移总成10、反射镜11、第三凸透镜12、第四凸透镜13、分束镜14、二分之一波片15、电动快门16、激光器17和VGA分配器18组成；
全息底片9设置在二维位移总成10的工作面上，数字微反射镜3的光轴心线上依次设置有四分之一波片4、偏振分束镜5、第一凸透镜6、空间滤波器7、第二凸透镜8和全息底片9，数字微反射镜3的光轴心线与四分之一波片4的光轴心线、偏振分束镜5的光轴心线、第一凸透镜6的光轴心线、空间滤波器7的光轴心线和第二凸透镜8的光轴心线相重合；激光器17输出的激光通过电动快门16入射到分束镜14的输入端，部分激光由分束镜14反射并依次通过二分之一波片15、第四凸透镜13、第三凸透镜12入射到偏振分束镜5的输入端，并使偏振分束镜5反射光的轴心线与数字微反射镜3的光轴心线相重合，所述部分激光由偏振分束镜5全部反射后经四分之一波片4入射到数字微反射镜3上；另一部分激光透过分束镜14后由反射镜11反射到全息底片9相对于第二凸透镜8的背面上，并与第二凸透镜8的光轴心线相交；计算机1的数字控制输出输入总线端连接D/A-A/D转换器2的数字输入输出总线端，D/A-A/D转换器2的位移控制输出输入端连接二维位移总成10的控制输入输出端，D/A-A/D转换器2的快门控制输出端连接电动快门16的控制输入端，计算机1的数字图像数据输出输入总线端连接VGA分配器18的数字数据输入输出总线端，VGA分配器18的视频信号输出端连接数字微反射镜3视频信号输入端。
所述D/A-A/D转换器2选用的型号为阿尔泰公司的PC12306，VGA分配器选用的型号为VGA401N，数字微反射镜3选用的型号为是美国Texas Instruments(德州仪器)公司开发的DMD芯片组件、DMD控制电路板，激光器17选用的固体激光器型号是SLM-532。
将三维数字信息记录在全息底片上的记录方法包括以下步骤：
步骤一、在计算机1中将三维图像转换成不同视角的二维图像系列；
步骤二、计算机1通过VGA分配器18将二维图像的像素在数字微反射镜3上显示，显示的规则为：把从左到右、从上到下不同视角的二维图像中第M行、第N列的像素，从右到左、从下到上排列由数字微反射镜3显示；
步骤三、计算机1通过D/A-A/D转换器2控制电动快门16工作，激光器17输出的激光经分束镜14分成两束，其中一束光通过二分之一波片15，经第四凸透镜13扩束，第三凸透镜12准直后入射到偏振分束镜5，激光由偏振分束镜5全部反射后经四分之一波片4入射到数字微反射镜3上，数字微反射镜3将激光反射后通过四分之一波片4、偏振分束镜5后由第一凸透镜6汇聚，经空间滤波器7滤波和第二凸透镜8汇聚到全息底片9上，作为物光束；另一束光通过反射镜11入射到全息底片9的另一侧，作为参考光束并与全息底片9上物光束重合，同时计算机1通过D/A-A/D转换器2、二维位移总成10控制全息底片9做底片平面内二维移动，而将二维图像记录到全息底片9上；其成像、位移规则为：将数字微反射镜3上的图像成像在与其对应的全息底片9的第M行、第N列上，逐点记录所有行和列的像素形成整个全息图。

Claims (1)

1、将三维数字信息记录在全息底片上的记录方法，该方法使用的装置由计算机(1)、D/A-A/D转换器(2)、数字微反射镜(3)、四分之一波片(4)、偏振分束镜(5)、第一凸透镜(6)、空间滤波器(7)、第二凸透镜(8)、全息底片(9)、二维位移总成(10)、反射镜(11)、第三凸透镜(12)、第四凸透镜(13)、分束镜(14)、二分之一波片(15)、电动快门(16)、激光器(17)和VGA分配器(18)组成；
全息底片(9)设置在二维位移总成(10)的工作面上，数字微反射镜(3)的光轴心线上依次设置有四分之一波片(4)、偏振分束镜(5)、第一凸透镜(6)、空间滤波器(7)、第二凸透镜(8)和全息底片(9)，数字微反射镜(3)的光轴心线与四分之一波片(4)的光轴心线、偏振分束镜(5)的光轴心线、第一凸透镜(6)的光轴心线、空间滤波器(7)的光轴心线和第二凸透镜(8)的光轴心线相重合；激光器(17)输出的激光通过电动快门(16)入射到分束镜(14)的输入端，部分激光由分束镜(14)反射并依次通过二分之一波片(15)、第四凸透镜(13)、第三凸透镜(12)入射到偏振分束镜(5)的输入端，并使偏振分束镜(5)反射光的轴心线与数字微反射镜(3)的光轴心线相重合，所述部分激光由偏振分束镜(5)全部反射后经四分之一波片(4)入射到数字微反射镜(3)上；另一部分激光透过分束镜(14)后由反射镜(11)反射到全息底片(9)相对于第二凸透镜(8)的背面上，并与第二凸透镜(8)的光轴心线相交；计算机(1)的数字控制输出输入总线端连接D/A-A/D转换器(2)的数字输入输出总线端，D/A-A/D转换器(2)的位移控制输出输入端连接二维位移总成(10)的控制输入输出端，D/A-A/D转换器(2)的快门控制输出端连接电动快门(16)的控制输入端，计算机(1)的数字图像数据输出输入总线端连接VGA分配器(18)的数字数据输入输出总线端，VGA分配器(18)的视频信号输出端连接数字微反射镜(3)视频信号输入端，
其特征在于，将三维数字信息记录在全息底片上的记录方法包括以下步骤：
步骤一、在计算机(1)中将三维图像转换成不同视角的二维图像系列；
步骤二、计算机(1)通过VGA分配器(18)将二维图像的像素在数字微反射镜(3)上显示，显示的规则为：把从左到右、从上到下不同视角的二维图像中第M行、第N列的像素，从右到左、从下到上排列由数字微反射镜(3)显示；
步骤三、计算机(1)通过D/A-A/D转换器(2)控制电动快门(16)工作，激光器(17)输出的激光经分束镜(14)分成两束，其中一束光通过二分之一波片(15)，经第四凸透镜(13)扩束，第三凸透镜(12)准直后入射到偏振分束镜(5)，激光由偏振分束镜(5)全部反射后经四分之一波片(4)入射到数字微反射镜(3)上，数字微反射镜(3)将激光反射后通过四分之一波片(4)、偏振分束镜(5)后由第一凸透镜(6)汇聚，经空间滤波器(7)滤波和第二凸透镜(8)汇聚到全息底片(9)上，作为物光束；另一束光通过反射镜(11)入射到全息底片(9)的另一侧，作为参考光束并与全息底片(9)上物光束重合，同时计算机(1)通过D/A-A/D转换器(2)、二维位移总成(10)控制全息底片(9)做底片平面内二维移动，而将二维图像记录到全息底片(9)上；其成像、位移规则为：将数字微反射镜(3)上的图像成像在与其对应的全息底片(9)的第M行、第N列上，逐点记录所有行和列的像素形成整个全息图。
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