CN103995455B - 在有限相位变化范围的抑制3d全息显示散斑噪声的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及全息成像技术领域，具体为在有限相位变化范围的抑制3D全息显示散斑噪声的方法。与现有方法相比较，本发明提出的技术方案第一次研究了相位变化范围对图像质量的影响，利用本方案提出的方法，能成功的得出散斑噪声较少的再现图像，而且本方法简单可行，易于操作。本发明所述方法成功的实现了在三维空间显示中散斑噪声减少的目的。本发明所述方法分析了计算全息过程中引入的随机相位变化范围对散斑噪声抑制方面的影响，并找到合适的相位变化范围。本发明所述方法将时间平均方法引入计算全息中，并将该方法的应用范围推广到三维平面。

Description

在有限相位变化范围的抑制3D全息显示散斑噪声的方法

技术领域

本发明涉及全息成像技术领域，具体为在有限相位变化范围的抑制3D全息显示散斑噪声的方法。

背景技术

近几年来，关于三维立体显示的研究越来越热，各种3D显示屏幕不断涌入市场。然而市场上的3D显示技术都是基于双目视差效应，只具备立体视觉效果并不包含物体的深度信息，观察时需要佩戴眼镜。全息显示技术能提供立体视觉效果，并包含有物体的深度信息。

目前制约全息技术发展的因素有很多，除了计算速度、图像尺寸等之外，再现图像质量也是一个很重要的制约因素。为了解决这一问题，各个研究人员提出了不同的算法和方法。在数字全息中，1990年德国埃森大学奥洛夫·布林达尔等人提出了通过计算适当的扩散器来抑制散斑噪声，北京航空航天大学戎路等人提出通过使用多个偏振全息图叠加的方法来达到散斑噪声抑制的目的。在计算全息中，波兰华沙理工大学的MichalMakowski提出了利用像素分离的方法来抑制散斑噪声，其将该方法应用到彩色全息中，得到了很好的实验效果。其他方法，像利用移动的扩散器、复振幅调制等方法，也能有效的抑制全息显示中散斑噪声。

上述各种方法实际操作起来比较麻烦，而且像素分离方法不能应用在三维空间中，时间平均法目前只有应用在数字全息中，更重要的是，上述各种方法并没有对引入的随机相位进行分析。

发明内容

(一)要解决的技术问题

在计算全息图过程中，由于傅里叶频谱动态变化范围大，为了平滑该频谱需要添加随机相位因子，此时必然会产生散斑噪声。本发明分析了计算全息显示中引入的随机相位范围变化对于全息显示散斑噪声的影响，总结出一定的规律，找到一个最合适的随机相位范围；同时基于该随机相位变化范围，利用时间平均法，有效抑制散斑噪声；进一步将该方法推广到三维平面中，得到好的再现效果。本发明是基于数字全息中时间平均的去噪方法的，即多幅全息图叠加达到抑制散斑噪声的效果。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种在有限相位变化范围的抑制3D全息显示散斑噪声的方法，所述方法分为如下步骤：

第一步：计算全息示意图，在原图上引入随机相位、图像传播和再现的距离、照明光波长、采样距离、原图尺寸像素；

第二步：分析计算全息过程中引入的随机相位变化范围，相位范围从0开始，每次递增0.1π直至2π，在这些不同相位范围下，单张全息再现得到不同的重建图像，并计算不同重建图像的峰值信噪比；

第三步：按照第一步所述方法，计算得到多张全息图，利用时间平均法，即在再现面，不同张数全息图再现图像强度叠加平均，得到不同的重建图像，并计算每张重建图像的峰值信噪比；

第四步：将得到的峰值信噪比，利用仿真软件进行曲线拟合，得到横坐标代表随机相位范围，纵坐标代表峰值信噪比，不同拟合曲线分别代表不同张数全息图叠加后再现图像的峰值信噪比随着随机相位范围而变化的趋势；

第五步：比较曲线，对于灰度图像来说，一定张数全息图叠加时，当随机相位范围从1.2π到2π取值，重建图像PSNR；对于二值图像来说，一定张数全息图叠加时，当随机相位范围从1.5π到2π取值，重建图像PSNR；

第六步：将在有限相位变化范围下，全息图叠加的方法推广到三维平面，并利用仿真软件进行数值仿真。

(三)有益效果

与现有方法相比较，本发明提出的技术方案第一次研究了相位变化范围对图像质量的影响，利用本方案提出的方法，能成功的得出散斑噪声较少的再现图像，而且本方法简单可行，易于操作。本发明所述方法成功的实现了在三维空间显示中散斑噪声减少的目的。本发明所述方法分析了计算全息过程中引入的随机相位变化范围对散斑噪声抑制方面的影响，并找到合适的相位变化范围。本发明所述方法将时间平均方法引入计算全息中，并将该方法的应用范围推广到三维平面。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明在有限相位变化范围的抑制3D全息显示散斑噪声的方法一个实施例的计算全息示意图；

图2是根据本发明在有限相位变化范围的抑制3D全息显示散斑噪声的方法一个实施例的两幅图像在空间中传播生成全息图的过程示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例仅用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

(1)图1表示计算全息示意图，为了平滑频谱，在原图上引入随机相位，图像传播和再现的距离均为z＝50cm，照明光为波长λ＝671nm，采样距离为8mm，原图尺寸为1080x1080像素。

(2)分析计算全息过程中引入的随机相位变化范围，相位范围从0开始，每次递增0.1π直至2π，在这些不同相位范围下，单张全息再现得到不同的重建图像，并计算不同重建图像的峰值信噪比；

(3)按照(1)所述方法，计算得到多张全息图，利用时间平均法，即在再现面，不同张数全息图再现图像强度叠加平均，得到不同的重建图像，并计算每张重建图像的峰值信噪比；

(4)将得到的峰值信噪比，利用仿真软件进行曲线拟合，得到横坐标代表随机相位范围，纵坐标代表峰值信噪比，不同拟合曲线分别代表不同张数全息图叠加后再现图像的峰值信噪比随着随机相位范围而变化的趋势；

(5)通过曲线比较，得出结论：对于灰度图像来说，一定张数全息图叠加时，当随机相位范围从1.2π到2π，重建图像峰值信噪比看不出明显变化，散斑噪声得到明显抑制；对于二值图像来说，一定张数全息图叠加时，当随机相位范围从1.5π到2π，重建图像峰值信噪比看不出明显变化，散斑噪声得到明显抑制；所以计算全息中，原图灰度图时引入随机相位的范围为1.2π，原图二值图时引入随机相位的范围为1.5π；

(6)将该方法推广到三维平面，并利用仿真软件进行数值仿真，如图2所示的是两幅图像在空间中传播生成全息图的过程示意图，图像“全”传播距离z1＝50cm,“息”传播距离z2＝30cm，在全息平面，两幅图像传播后的复振幅叠加，再得到一张合成的全息图，然后再经过各自的传播距离再现。

以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (2)

1.一种在有限相位变化范围的抑制3D全息显示散斑噪声的方法，所述方法分为如下步骤：

第一步：计算全息示意图，在原图上引入随机相位、图像传播和再现的距离、照明光波长、采样距离和原图尺寸像素；

第二步：分析计算全息过程中引入的随机相位变化范围，相位范围从0开始，每次递增相同的固定值直至2π，在这些不同相位范围下，单张全息再现得到不同的重建图像，并计算不同重建图像的峰值信噪比；

第三步：按照第一步所述方法，计算得到多张全息图，利用时间平均法，即在再现面，不同张数全息图再现图像强度叠加平均，得到不同的重建图像，并计算每张重建图像的峰值信噪比；

第四步：将得到的峰值信噪比，利用仿真软件进行曲线拟合，得到横坐标代表随机相位范围，纵坐标代表峰值信噪比的拟合曲线，不同的拟合曲线代表不同张数全息图叠加情况下，峰值信噪比随相位范围变化的趋势；

第五步：比较曲线，对于灰度图像来说，一定张数全息图叠加时，当随机相位范围从1.2π到2π取值，重建图像峰值信噪比；对于二值图像来说，一定张数全息图叠加时，当随机相位范围从1.5π到2π取值，重建图像峰值信噪比；

第六步：将在有限相位变化范围下，全息图叠加的方法推广到三维平面，并利用仿真软件进行数值仿真。

2.根据权利要求1所述的在有限相位变化范围的抑制3D全息显示散斑噪声的方法，其特征在于，分析计算全息过程中引入的随机相位变化范围，相位范围从0开始，每次递增相同的固定值为0.1π。