CN106033183B - 一种全像影像记录与全像影像重建方法 - Google Patents

Abstract

本发明有关一种全像影像记录方法，其借助一全像影像摄影与记录装置而实施，其包括以下步骤:使用一影像撷取装置对以固定速度旋转的旋转平台上所置一目标物体摄影，并将所摄得影像经由连线传送至一显示面板上；使用一发光单元发射一同调光束至一反射镜，其将同调光束反射至一分光镜；该分光镜将该同调光束分开沿着一第一光学路径与一第二光学路径分别将物光与参考光传送至该全像底片上互相干涉形成全像影像。本发明亦有关一种全像影像重建方法，其借助全像影像重建装置实施，在全像底片上重建以形成悬浮且放大的三维影像。

Description

一种全像影像记录与全像影像重建方法

技术领域

本发明有关于一种影像记录与影像重建方法，以及更特别有关一种全像影像记录与全像影像重建方法。

背景技术

光学全像片(holographic film也译为全息胶片)制作的基本原理为：首先，使用由一影像撷取装置例如CCD摄影机，以撷取一置物平台上物体的影像。同时使用一发光装置例如激光所发射一道同调光至一分光模组，其将该同调光分成物光(object light)与参考光(reference light)。其中，此物光沿着物光光学路径，将影像撷取装置所撷取影像透射且传送至全像底片上。此外，参考光沿着参考光光学路径，经反射而射至全像底片上。然后，物光与参考光同时照射至全像底片上产生光学干涉，以形成许多明暗的干涉条纹(interference fringe)影像。此经曝光后的全像底片经冲洗后为记录物体影像的复合全像片。对此复合全像片只要以参考光为重建光源投射于其上，即可显现物体的三维立体影像。

传统式复合全像术包括圆柱型与圆锥型，在成像记录时必须弯折全像底片，或于影像重建时必须弯折全像底片成圆柱状或圆锥状。故，以此方式所重建的物体影像会变形(distortion)而不完美。又，为改善此种现象，有人使用圆盘型复合全像术。惟不论圆柱型、圆锥型、圆盘型，必须使用圆柱透镜，其所制作出复合全像片为一狭长扇形的小复合全像片，而观看者所观看的重建影像是由许多小复合全像片所组合重建而成，以致于会产生像差。此外，所产生重建影像会有一条条栅栏重叠于其上，即所谓｢栅栏效应｣，使得所观看影像品质不佳。

此外，即使使用圆盘型复合全像术，由于成像时仍然须要重复曝光，以致于重建影像亮度不足且清晰度不佳，无法将所记录影像尺寸作得尽量小(例如用于防伪标签)，其应用受到限制。故，此种圆盘型复合全像术所产生影像仍不理想。

因此，目前光学全像片的记录与重建技术仍有许多缺失与缺点，实有进一步改进的必要。

发明内容

为了解决上述现有技术的缺失与缺点，本发明提供一种全像影像记录与全像影像重建方法，其借助在光路架构中设置两个光学偏振片，以去除影像变形与「栅栏效应」，在全像片上记录更精确的光学全像影像，且可缩小所记录全像片的尺寸，并产生较大尺寸的重建影像，以增强重建影像亮度，改善重建全像影像的品质与可观性。

本发明的目的为提供一种全像影像记录与全像影像重建方法，当目标物体在旋转平台上旋转，而影像撷取装置固定对准此旋转目标物体拍摄其360度影像，以传送至液晶显示面板的同时，借助在光路架构中设置两个光学偏振片，其在每次曝光之间，将物光与参考光的偏振方向旋转一个小角度，然后重复曝光记录在全像底片上，一直至物体360度影像资讯均被记录于全像底片上为止，以完成该目标物体的全像影像的拍摄与记录。

本发明提供一种全像影像记录方法，其借助一全像影像摄影与记录装置而实施，其包括: 一全像影像摄影装置与一全像影像记录装置。其中，全像影像摄影装置包含；一影像撷取装置与一旋转平台。全像影像记录装置包含:一发光单元、一第一反射镜、一分光镜、一第一偏振片、一第二反射镜、一显示面板、一全像底片、一第二偏振片、以及一第三反射镜。 此全像影像记录方法包括以下步骤: 使用影像撷取装置对以固定速度旋转的旋转平台上所置一目标物体摄影，并将所摄得影像经由连线传送至该显示面板上；使用发光单元发射一同调光束至第一反射镜；第一反射镜接收同调光束，并将其反射至分光镜；分光镜将同调光束沿着一第二光学路径(参考光光学路径)反射至第二偏振片(而成为参考光)；第二偏振片将同调光束偏振成偏振光，并传送至第三反射镜；第三反射镜将偏振光沿着该第二光学路径反射至全像底片上。于此同时，分光镜将该同调光束透射并沿着一第一光学路径(物光光学路径)传送至第一偏振片(而成为物光)；第一偏振片将同调光束偏振成偏振光并传送至第二反射镜；第二反射镜将通过第一偏振片的偏振光沿着第一光学路径反射至该显示面板上，并透射通过此显示面板，将其上所具影像资讯承载于通过第一偏振片的偏振光中而传送至全像底片上；以及最后来自第一光学路径的物光与来自第二光学路径的参考光彼此干涉，在该全像底片上平贴以形成一全像影像。

此外，本发明更提供一种全像影像重建方法，其借助一全像影像重建装置而实施，其包括: 一灯泡，与一偏振片。该偏振片设于该灯泡与一全像底片之间，该全像底片上具有所记录全像影像。此全像影像重建方法包括以下步骤: 该灯泡发出光线，经由偏振片由下方照射该全像底片；该偏振片以固定速度旋转，将由该灯泡发出光线偏振，以改变该光线的偏振方向；以及以偏振方向变化的偏振光线照射该全像底片，以重建物体的全像影像。

本发明使用以上方式重建以各角度所拍摄记录的影像，在该全像底片上方呈现悬浮且放大的二维影像。该悬浮且放大的二维影像由于人眼的视觉暂留作用，致使在周围观看者大脑认知中，将此所呈现各个角度的物体影像理解为三维立体全像影像。

本发明的特点与优点为，使用两束相同偏振方向的物光与参考光，同时照射于全像底片上曝光，可以制作出较小尺寸的全像片(可小于1cm x 1cm)。此外，由于本发明在光学成像路径中使用偏振片，免除传统式圆盘型复合全像术所使用圆柱透镜，故不会造成影像变形，同时可消除「栅栏效应」。又，在影像重建时，可以在较高的高度呈现较大尺寸的悬浮二维影像，以提供360度影像给围绕四周观看者观赏。

附图说明

图1为根据本发明实施例的全像影像记录方法所使用全像影像摄影与记录装置的概要图；

图2(a)、图2(b)、图2(c)为根据本发明实施例的使用经偏振物光与偏振参考光将全像影像记录于全像底片上的概要图，其中，图2（a）为参考光与物光的偏振方向皆为1°时，记录目标物体旋转1°时所拍摄影像，图2（b）为参考光与物光的偏振方向皆为2°时，记录目标物体旋转2°时所拍摄影像，图2（c）中，L1为偏振方向1^。时所记录物体左边的影像，R2为偏振方向2^。时所记录物体右边的影像，L3为偏振方向3^。时所记录物体左边的影像；

图3为根据本发明实施例的全像影像记录方法的步骤流程图；

图4(a)、图4(b)、以及图4(c)为根据本发明实施例使用全像影像重建装置将全像底片上全像影像重建的概要图，其中，图4（a）为目标物体旋转1^。时所拍摄影像，图4（b）为目标物体旋转2^。时所拍摄影像，图4（c）中，L1为偏振方向1^。时所记录物体左边的影像，R2为偏振方向2^。时记录物体右边的影像，L3为偏振方向3^。时记录物体左边的影像；以及

图5为根据本发明实施例的全像影像重建方法的步骤流程图。

【主要元件符号说明】

100 全像影像摄影与记录装置

110 全像影像摄影装置

111 影像撷取装置

112 旋转平台

113 目标物体

120 全像影像记录装置

121 发光单元

122 第一反射镜

123 分光镜

124 第一偏振片

125 第二反射镜

126 显示面板

127 第二偏振片

128 第三反射镜

129 全像底片

210 全像底片

410 灯泡

420 偏振片

430 全像底片

P1 第一光学路径

P2 第二光学路径。

具体实施方式

为使贵审查委员方便了解本发明的内容，及所能达成的功效，兹配合图式列举具体实施例，详细说明如下：

首先，参考图1，其为根据本发明实施例的全像影像记录方法所使用全像影像摄影与记录装置的概要图。即，本发明提供一种全像影像记录与全像影像重建方法，其借助该全像影像摄影与记录装置而实施。此全像影像摄影与记录装置100包括：一全像影像摄影装置110与一全像影像记录装置120。其中，此全像影像摄影装置110包含：一影像撷取装置111；以及一旋转平台112。此全像影像记录装置120包含：一发光单元121；一第一反射镜122；一分光镜123；一第一偏振片124；一第二反射镜125；一显示面板126；一全像底片129；一第二偏振片127；以及一第三反射镜128。

本发明的全像影像摄影与记录装置，可以应用于各种全像影像记录系统，其例如可用于将全像影像记录于彩虹全像片、反射式全像片、多视角全像片、真彩全像片或是积体式全像片等上，惟，本发明并不受限于此。

在执行本发明的全像影像记录方法时，首先，将目标物体113置于旋转平台112上以所设定固定速度旋转360度，此影像撷取装置111固定设置并对准该目标物体113。 因此，当旋转平台112以固定速度旋转360度时，此影像撷取装置111可摄得该目标物体360度的影像。该影像经由连线连接至显示面板126，而呈现于其上。于此同时，此发光单元121将同调光线发射至第一反射镜122，其接收该同调光，并将其反射至分光镜123。该分光镜123将该同调光的一部份反射至第二偏振片127作为参考光，其经第二偏振片127偏振后再传送至第三反射镜128，其将该光线反射至全像底片129。上述由分光镜123经由第三反射镜128至全像底片129的光学路径为第二光学路径P2 (亦称为参考光光学路径)，其路径长度为d2。

在本实施例中，在该分光镜123将同调光反射至偏振片127的同时，该分光镜123将同调光经透射而传送至第一偏振片124，经其偏振后将偏振光传送至第二反射镜125，其将偏振光反射至显示面板126，将显示面板126上所具影像资讯借助偏振光承载而传送至全像底片129上，而与参考光互相干涉，以形成全像影像。上述由分光镜123经由第二反射镜125至全像底片129的光学路径称第一光学路径P1(亦称为物光光学路径)，其路径长度为d1。

在以上说明中，第一偏振片124与第二偏振片127可各由一步进式马达(未图示)驱动，以相同角速度同步旋转。此外，此由分光镜123至全像底片129的参考光光学路径长度d2与由分光镜123至全像底片129的物光光学路径d1长度相等。

在本实施例中，此发光单元121可以为：一气体激光发射器、一二氧化碳激光发射器、一液态激光发射器、一固态激光发射器或一半导体激光发射器，惟本发明并不受限于此。又，在本实施例中，该同调光可以为一可见光或一不可见光。影像撷取装置111可以为一CCD摄影机。另，该显示面板126可以为液晶显示面板。

其次，参考图2(a)至图2(c)，其显示根据本发明实施例的使用偏振物光与偏振参考光将全像影像记录于全像底片上的概要图。如同于图2(a)所示，由于图1中的第一偏振片124与第二偏振片127各以步进式马达带动以相同角速度同步旋转，故经由该两偏振片偏振所产生的偏振物光与偏振参考光的偏振方向皆为1°时，其抵达该全像底片210产生干涉条纹图案，以形成全像影像而记录于全像底片210上，以记录此影像撷取装置111于目标物体113旋转1°时(即其左侧)所拍摄影像。然后，如同于图2(b)所示，以相同原理，当经由第一偏振片124与第二偏振片127偏振所产生的偏振物光与偏振参考光的偏振方向皆为2°时，其抵达该全像底片210产生干涉条纹图案，以形成全像影像而记录于全像底片210上，以记录此影像撷取装置111于目标物体113旋转2°时(即其右侧)所拍摄影像。再者，如同于图2(c)所示，如同以上说明，L1表示：在物光与参考光的偏振方向皆为1°时，在全像底片210的L1处记录所拍摄目标物体113左侧的影像。R2表示：在物光与参考光的偏振方向皆为2°时，在全像底片210的R2处记录所拍摄目标物体113右侧的影像。L3表示：在物光与参考光的偏振方向皆为3°时，在全像底片210的L3处记录所拍摄目标物体113左侧的影像。因此，在每次曝光之间，将物光与参考光的偏振方向旋转一个小角度，然后重复曝光记录在全像底片210上，一直至物体360度影像资讯均被记录于全像底片210上为止，以完成该目标物体113的全像影像的拍摄与记录。

然后，参考图3，其显示为根据本发明实施例的全像影像记录方法的步骤流程图。如同于图3所示，此全像影像记录方法，其借助一全像影像摄影与记录装置而实施，其包括：一全像影像摄影装置110，其包含一影像撷取装置111、一旋转平台112；以及一全像影像记录装置120，其包含一发光单元121、一第一反射镜122、一分光镜123、一第一偏振片124、一第二反射镜125、一显示面板126、一全像底片129、一第二偏振片127、以及一第三反射镜128。该方法包括300以下步骤：使用影像撷取装置111对以固定速度旋转该旋转平台112上所置一目标物体113摄影，并将所摄得影像经由连线传送至该显示面板126上(步骤310)；使用发光单元121发射一同调光束至该第一反射镜122(步骤320)；该第一反射镜122接收该同调光束，并将其反射至该分光镜123(步骤330)；该分光镜123将该同调光束沿着一第二光学路径P2(参考光光学路径)反射至该第二偏振片127(而成为参考光)(步骤340)；该第二偏振片127将该同调光束偏振成偏振光，并传送至该第三反射镜128(步骤350)；该第三反射镜128将该偏振光沿着该第二光学路径P2反射至该全像底片129上(步骤360)；该分光镜123将该同调光束透射并沿着一第一光学路P1(物光光学路径)传送至该第一偏振片124(而成为物光) (步骤370)；该第一偏振片124将该同调光束偏振成偏振光并传送至该第二反射镜125(步骤380)；该第二反射镜125将通过第一偏振片124的偏振光沿着该第一光学路径P1反射至该显示面板126上，并透射且通过该显示面板126，将其所含影像资讯承载于通过第一偏振片124的偏振光中而传送至该全像底片129上(步骤390)；以及来自该第一光学路径P1的物光与来自该第二光学路径P2的参考光彼此干涉，在该全像底片129上形成一全像影像(步骤395)。

在以上说明中，第一偏振片124与第二偏振片127由马达(未图示)带动以相同速度同步旋转360度。第一光学路径P1与该第二光学路径P2的长度相同。旋转平台112由马达带动旋转360度。

此外，本发明亦提供一种全像影像重建方法。参考图4(a)、图4(b)、以及图4(c)，其各为根据本发明实施例使用全像影像重建装置将全像底片上全像影像重建的概要图。如同于图4(a)中所示，此全像影像重建装置400包括：一灯泡410，其例如为LED灯；以及一偏振片420。此偏振片420置于灯泡410与全像底片430之间。在实际操作时，使用灯泡410发射光线，从全像底片430下方对其照射，同时旋转偏振片420。随着偏振片420旋转可使得偏振光的偏振方向改变，可照射出不同角度所拍摄的全像影像。在图4(a)中显示，当偏振光偏振方向为1°时，照射所记录物体左侧影像。在图4(b)中显示，当偏振光偏振方向为2°时，照射所记录物体右侧影像。在图4(c)中L1处显示，当偏振光偏振方向为1°时，照射所记录物体左侧影像；R2处显示，当偏振光偏振方向为2°时，照射所记录物体右侧影像；以及当L3处显示偏振光偏振方向为3°时，照射所记录物体左侧影像。

如此，随着偏振片420旋转，使得偏振光的偏振方向改变，一直至所拍摄物体360度影像资讯均被重建为止，以完成该物体的全像影像的重建。当偏振片420旋转速度加快超过42Hz以上时，由于视觉暂留作用，会使得各个角度所拍摄物体影像同时存在于观看者的脑海中。此所重建的全像影像显示为浮现于全像底片上而呈现放大尺寸影像。大脑会将此等重建的二维影像自动理解为一个三维的立体全像影像，以完成全像影像的重建。

参考图5，其为根据本发明实施例的全像影像重建方法的步骤流程图。如同于图5中所示，此种全像影像重建方法，其借助一全像影像重建装置而实施，其包括：一灯泡410，与一偏振片420，该偏振片420设于该灯泡410与一全像底片430之间，该全像底片上具有全像影像，该方法500包括以下步骤：使用灯泡410发射光线，由下方照射该全像底片430(步骤510)；该偏振片420以固定速度旋转，将由该灯泡410所发射光线偏振，以改变该光线的偏振方向(步骤520)；以及以偏振方向变化的偏振光线照射该全像底片430，以重建物体的全像影像，其具有以各角度所拍摄记录的影像，以便在该全像底片430上方呈现悬浮且放大的二维影像(步骤530)。该悬浮且放大的二维影像由于人眼的视觉暂留作用，致使在观看者大脑会将此所呈现各个角度的物体影像理解为三维立体全像影像。

在以上说明中，该偏振片420可由一马达(未图示)带动以固定速度旋转360度。该灯泡410可以为一LED灯或一白炽灯。

综上所述，本发明的｢一种全像影像记录与全像影像重建方法｣借助在光学成像记录与重建路径中使用偏振片，可以克服现有技术的缺失与缺点，而达成以下优点，极具产业上使用价值：

本发明的特点与优点为，使用两束相同偏振方向的物光与参考光，同时照射于全像底片上曝光，可以制作出较小尺寸的全像片(可小于1cm x 1cm)。此外，由于本发明在光学成像路径中使用偏振片，并不使用传统式圆盘型复合全像术所用圆柱透镜，故不会造成影像变形，同时可消「栅栏效应」。又，在影像重建时，可以在较高高度呈现放大尺寸的悬浮二维影像，其显示为三维立体影像，以提供360度影像给围绕四周观看者观赏。

本发明中的全像影像也称为全息影像。

故，本发明具现有技术所无法达成的功效，符合专利要件，且具专利价值。

以上说明内容仅为本发明一较佳实施例，其并非用来限定本发明实施的范围，故举凡依本发明权利要求所述的形状、构造、材质、特征及精神所作的等同变化与修饰，均应包括于本发明的权利要求内。

Claims (10)

1.一种全像影像记录方法，其特征在于，其借助一全像影像摄影与记录装置而实施，其包括：一全像影像摄影装置，其包含一影像撷取装置、一旋转平台；以及一全像影像记录装置，其包含一发光单元、一第一反射镜、一分光镜、一第一偏振片、一第二反射镜、一显示面板、一全像底片、一第二偏振片、以及一第三反射镜；该方法包括以下步骤：

使用该影像撷取装置对以固定速度旋转的该旋转平台上所置一目标物体摄影，并将所摄得影像经由连线传送至该显示面板上；

使用该发光单元发射一同调光束至该第一反射镜；

该第一反射镜接收该同调光束，并将其反射至该分光镜；

该分光镜将该同调光束沿着一第二光学路径反射至该第二偏振片；

该第二偏振片将该同调光束偏振成偏振光，并传送至该第三反射镜；

该第三反射镜将该偏振光沿着该第二光学路径反射至该全像底片上；

该分光镜将该同调光束透射并沿着一第一光学路径传送至该第一偏振片；

该第一偏振片将该同调光束偏振成偏振光并传送至该第二反射镜；

该第二反射镜将通过该第一偏振片的该偏振光沿着该第一光学路径反射至该显示面板上，并透射且通过该显示面板，将其所含影像资讯承载于通过该第一偏振片的该偏振光中而传送至该全像底片上；以及

来自该第一光学路径的物光与来自该第二光学路径的参考光彼此干涉，在该全像底片上形成一全像影像。

2.如权利要求1所述的全像影像记录方法，其特征在于：该第一偏振片与该第二偏振片由步进式马达带动，以相同速度同步旋转360度。

3.如权利要求1所述的全像影像记录方法，其特征在于：该第一光学路径的长度与该第二光学路径的长度相等。

4.如权利要求1所述的全像影像记录方法，其特征在于：该旋转平台由步进式马达带动旋转360度。

5.如权利要求1所述的全像影像记录方法，其特征在于：该影像撷取装置为一CCD摄影机。

6.如权利要求1所述的全像影像记录方法，其特征在于：该显示面板为一液晶显示面板。

7.一种全像影像重建方法，其特征在于，其借助一全像影像重建装置而实施，其包括：一灯泡，与一偏振片，该偏振片设于该灯泡与一全像底片之间，该全像底片上具有全像影像，该方法包括以下步骤：

使用该灯泡发射光线，由下方照射该全像底片；

该偏振片以固定速度旋转，将由该灯泡发射光线偏振，以改变该光线的偏振方向；以及

以偏振方向变化的偏振光线照射该全像底片，以重建物体的全像影像，其具有以各角度所拍摄记录的影像，以便在该全像底片上方呈现悬浮且放大的二维影像。

8.如权利要求7所述的全像影像重建方法，其特征在于：该悬浮且放大的二维影像由于人眼的视觉暂留作用，致使观看者大脑将此所呈现各个角度的物体影像理解为三维立体全像影像。

9.如权利要求7所述的全像影像重建方法，其特征在于：该偏振片由一步进式马达带动以固定速度旋转360度。

10.如权利要求7所述的全像影像重建方法，其特征在于：该灯泡为一LED灯或一白炽灯。