CN106325034A - 全息显示分辨能力的测试方法及其测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于显示技术领域，具体涉及全息显示分辨能力的测试方法与测试系统。该测试方法包括步骤：输入激励图信号；对激励图信号进行编码，编码后的激励图信号形成设定深度范围内的具有不同深度的多个全息图信号；将处于设定深度范围内的每一个全息图信号，依次设定不同深度、不同空间频率，使得不同深度、不同空间频率的全息图信号能依次显示在相应的深度平面；记录全息图信号显示在相应的深度平面的全息断面图像，直至获得全息图信号在不同深度平面、不同空间频率的所有全息断面图像；根据全息断面图像，获得不同深度、不同空间频率的图像特征曲面，其能解决全息显示系统呈现信息的能力的表征，提供全息显示的分辨率的表征方法。

Description

全息显示分辨能力的测试方法及其测试系统

技术领域

本发明属于显示技术领域，具体涉及一种全息显示分辨能力的测试方法与全息显示分辨能力的测试系统。

背景技术

全息显示技术最早应用于三维成像领域，近年来随着社会对三维显示的迫切需求，全息显示技术在器件和实现方法上得到了快速的发展，但成像质量仍然距离市场的接受存在较大的差距。三维全息成像技术中，记录介质无论是传统的银盐干板还是现代的电寻址空间光调制器件，全息图一直存在成像质量较差的问题。

计算全息是利用计算机设计制作全息图的技术，与光学全息产生全息图的方法不同。计算全息技术利用计算机成像，以光波衍射算法为基础，对被记录物波的数学描述或离散数据进行处理，计算数字三维模型发出的光衍射到空间光调制器的复振幅分布，并将复振幅分布编码为空间光调制器可承载的、可以光学再现的编码图案，即计算全息图。当空间光调制器加载计算全息图并配以适当的照明时，可在特定的区域观察到数字三维物体的光学影像。

在显示技术领域，所有的全息成像输出设备均为点阵设备，因此可以很容易地利用其分辨率表示成像的清晰程度。然而，在全息三维显示中，成像系统所成的图已经脱离了平面实体区域，面对具体的全息显示装置，不再能够根据硬件的分辨率确定一个全息系统的分辨能力，目前还没有一种定量的方式能较全面地表征全息再现的精细程度，从而确定影响成像质量的核心因素。

可见，目前迫切需要一种全新的方式来表征全息显示系统呈现信息的能力，从而确定全息显示的分辨能力。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种全息显示分辨能力的测试方法与全息显示分辨能力的测试系统，能至少部分解决全息显示系统呈现信息的能力的表征，提供全息显示的分辨率的表征方法。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是该全息显示分辨能力的测试方法，用于测定全息显示器件的显示分辨率，包括步骤：

输入激励图信号；

对所述激励图信号进行编码，编码后的所述激励图信号形成设定深度范围内的具有不同深度的多个全息图信号；

将处于设定深度范围内的每一个所述全息图信号，依次设定不同深度、不同空间频率，使得不同深度、不同空间频率的所述全息图信号能依次显示在相应的深度平面；

记录所述全息图信号显示在相应的深度平面的全息断面图像，直至获得所述全息图信号在不同深度平面、不同空间频率的所有所述全息断面图像；

根据所述全息断面图像，获得不同深度、不同空间频率的图像特征曲面，所述图像特征曲面中包括所述全息显示器件的光学分辨特性。

优选的是，所述激励图信号为二维图信号，所述全息图信号为具有从最小空间频率0到最大空间频率Fmax之间的一系列空间频点的黑白光栅图信号，所述全息图信号的最大空间频率小于所述全息显示器件的最大空间频率。

优选的是，所述黑白光栅图的成像宽度为全息显示器件在某一深度平面的可显示宽度。

优选的是，获得所述全息图信号在不同深度平面、不同空间频率的所有所述全息断面图像的步骤具体包括：

选定某一深度的所述全息图信号；

设定该深度的所述全息图信号的空间频率，使得所述全息图信号显示在相应的深度平面；

记录该所述全息图信号在对应深度平面和对应空间频率的所述全息断面图像；

改变该深度所述全息图信号的空间频率，使得该所述全息图信号以其他不同于上述设定空间频率的多个空间频率的所述全息图信号显示在相应的深度平面，并相应记录所述全息断面图像；

选定其他不同于上述选定深度的所述全息图信号，使得该所述全息图信号以多个不同空间频率显示在相应的深度平面，并相应记录所述全息断面图像；

重复上述过程，直至设定深度范围内的每一深度的不同空间频率的所述全息图信号均显示在相应的深度平面。

优选的是，在设定深度范围内，所述全息图信号进行显示与记录的深度顺序，根据从小到大、等差的方式依次选定；

和/或，同一深度平面的所述全息图信号的空间频率，根据等差的方式依次设定。

优选的是，根据所述全息断面图像，获得不同深度、不同空间频率的图像特征曲面的步骤包括：

根据处于同一深度平面、不同空间频率的所述全息断面图像的灰度对比度，得到一定深度平面的各空间频点的对比度调制函数值；

根据一定深度平面的各空间频点的对比度调制函数值计算得到相应深度的各空间频点的调制传递函数值，并将调制传递函数值拟合为调制传递函数曲线；

将多个不同深度平面的多条所述调制传递函数曲线拟合为图像特征曲面，所述图像特征曲面中包括所述全息显示器件的光学分辨特性。

优选的是，一定深度平面的各空间频点的对比度调制函数值的计算公式为：

CTF(f)＝(Vmax-Vmin)/(Vmax+Vmin)，

其中：f为当前深度平面的某一空间频率，Vmax、Vmin分别为当前深度平面、当前空间频率的所述全息断面图像的最大灰度值和最小灰度值；

和/或，根据一定深度平面的各空间频点的对比度调制函数值计算得到相应深度的各空间频点的调制传递函数值的计算方式为：

MTF(f)＝π/4*[CTF(f)-CTF(3f)/3+CTF(5f)/5+……]；

其中：CTF(f)为当前深度平面的某一空间频率的对比度调制函数值。

一种全息显示分辨能力的测试系统，用于测定全息显示器件的显示分辨率，包括编码单元、配置单元、图像采集单元、计算单元，其中：

所述编码单元，用于对向所述全息显示器件输入的激励图信号进行编码，编码后的所述激励图信号形成设定深度范围内的具有不同深度的多个全息图信号；

所述配置单元，用于将处于设定深度范围内的每一个所述全息图信号，依次设定不同深度、不同空间频率，使得不同深度、不同空间频率的所述全息图信号能依次显示在相应的深度平面；

所述全息显示器件，接收所述全息图信号并使得不同深度、不同空间频率的所述全息图信号依次显示在相应的深度平面；

所述图像采集单元，用于记录所述全息图信号显示在相应的深度平面的全息断面图像，直至获得所述全息图信号在不同深度平面、不同空间频率的所有所述全息断面图像；

所述计算单元，用于根据所述全息断面图像，获得不同深度、不同空间频率的图像特征曲面，所述图像特征曲面中包括所述全息显示器件的光学分辨特性。

优选的是，所述激励图信号为二维图信号，所述编码单元用于将所述二维图信号编码为具有从最小空间频率0到最大空间频率Fmax之间的一系列空间频点的黑白光栅图信号的全息图信号，所述全息图信号的最大空间频率小于所述全息显示器件的最大空间频率。

优选的是，所述黑白光栅图的成像宽度为全息显示器件在某一深度平面的可显示宽度。

优选的是，所述配置单元中，在设定深度范围内，所述全息图信号进行显示与记录的深度顺序，根据从小到大、等差的方式依次选定；

和/或，同一深度平面的所述全息图信号的空间频率，根据等差的方式依次设定。

优选的是，所述图像采集单元为相机，所述相机的分辨空间频率大于所述全息图信号的最大空间频率。

优选的是，所述计算单元包括对比度调制函数计算模块、调制传递函数计算模块和合成模块，其中：

所述对比度调制函数计算模块，用于根据处于同一深度平面、不同空间频率的所述全息断面图像的灰度对比度，得到一定深度平面的各空间频点的对比度调制函数值；

所述调制传递函数计算模块，用于根据一定深度平面的各空间频点的对比度调制函数值计算得到相应深度的各空间频点的调制传递函数值，并将调制传递函数值拟合为调制传递函数曲线；

所述合成模块，用于将多个不同深度平面的多条所述调制传递函数曲线拟合为图像特征曲面，所述图像特征曲面中包括所述全息显示器件的光学分辨特性。

优选的是，所述对比度调制函数计算模块中，一定深度平面的各空间频点的对比度调制函数值的计算公式为：

CTF(f)＝(Vmax-Vmin)/(Vmax+Vmin)，

其中：f为当前深度平面的某一空间频率，Vmax、Vmin分别为当前深度平面、当前空间频率的所述全息断面图像的最大灰度值和最小灰度值；

和/或，所述调制所述对比度调制函数计算模块中，根据一定深度平面的各空间频点的对比度调制函数值计算得到相应深度的各空间频点的调制传递函数值的计算方式为：

MTF(f)＝π/4*[CTF(f)-CTF(3f)/3+CTF(5f)/5+……]；

其中：CTF(f)为当前深度平面的某一空间频率的对比度调制函数值。

本发明的有益效果是：本发明的全息显示分辨能力的测试方法及其测试系统，通过测量全息成像器件在不同成像深度的调制传递函数曲线构建调制传递函数值随成像深度和空间频率变化的情况，利用不同深度的调制传递函数曲线形成调制传递函数曲面，得到的调制传递函数曲面即图像特征曲面，其具有空间频率和空间深度两个评价维度，从而用来表征全息三维显示系统成像能力，可以较全面地反映全息显示光学系统在三维空间的成像能力，指导全息数据采样阶段的采样范围和采样频率，为全息显示的分辨率提供一种测量表征方法，可为全息显示系统的评测、全息计算中采样点数的确定提供数据支持。

附图说明

图1为本发明实施例1中全息显示分辨能力的测试方法的流程图；

图2为本发明实施例1中全息显示分辨能力的测试方法中不同深度的调制传递函数曲线示意图；

图3为本发明实施例1中拟合得到的随深度和空间频率变化的图像特征曲面示意图；

图4为本发明实施例2中全息显示分辨能力的测试系统的结构框图；

图5为图4中全息显示分辨能力的测试系统的结构示意图；

附图标图中：

1－全息显示器件；11－照明模块；12－空间光调制器；

2－编码单元；21－黑白光栅数字模块；

3－配置单元；

4－图像采集单元；41－相机；

5－计算单元；

61－光栅显示。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明全息显示分辨能力的测试方法与全息显示分辨能力的测试系统作进一步详细描述。

本发明的技术构思在于，全息显示虽然脱离了平面实体区域，不再能够根据硬件的分辨率确定一个全息显示系统的分辨能力，但全息显示系统并没有脱离光学系统的范畴，因此本发明的技术方案将全息显示系统中与全息显示分辨率能力相关的部件提炼出来，通过调制全息图信号和记录由调制全息图信号形成的全息断面图像，并引入成像光学系统测试中常用的调制传递函数(Modulation Transfer Function，简称MTF)，通过图像特征曲面来表征全息显示系统的成像能力。

实施例1：

本实施例提供一种全息显示分辨能力的测试方法，为全息显示的分辨率提供一种测量表征方法。该全息显示分辨能力的测试方法，通过输入具有不同空间频率f的黑白光栅图，可以在输出端采集到对应空间频率下的再现光栅图像，分析全息断面图像的对比度随输入光栅空间频率f的变化的情况，可以得到图像的对比度调制函数，进一步得到图像特征曲面。

如图1所示，一种全息显示分辨能力的测试方法，用于测定全息显示器件的显示分辨率，包括步骤：

步骤1)：输入激励图信号。

在该步骤中，向全息显示器件输入激励图信号，激励图信号为二维图信号，该二维图为具有一定空间频率的黑白条纹。

步骤2)：对激励图信号进行编码，编码后的激励图信号形成设定深度范围内的具有不同深度的全息图信号。

该步骤相当于对激励图信号进行建模，将激励图信号建模为利于分辨率测试的全息图信号，其中的全息图包含复振幅信息，再现之后可以得到空间的全息图像或三维图像。在该步骤中，全息图信号为从最小空间频率0到最大空间频率Fmax之间的一系列空间频点的黑白光栅图信号，全息图信号的最大空间频率小于全息显示器件的最大空间频率。将二维图信号编码调制形成全息图信号，并从0-max进行空间频率调制，可依次得到某一断面的不同空间频率的全息断面图像。

优选的是，黑白光栅图的成像宽度为全息显示器件在某一深度平面的可显示宽度。通过控制全息图信号的成像宽度，从而保证全息断面图像的完整性，获得准确的灰度信息。黑白光栅图信号作为某一深度平面的输入图形，经编码计算得到全息复振幅分布后，将复振幅编码为全息显示器件可承载全息图信号加载在全息显示器件上。

该步骤在测试深度范围ZC内选定一个确定的深度平面Z0，以空间频率f为变量进行建模。也就是说，该步骤将得到的一系列具有不同空间频率f的光栅按照深度平面与全息显示器件的空间位置关系计算全息衍射计算及编码，得到不同空间频率的携带有全息图特性的光栅图。

步骤3)：将处于设定深度范围内的每一个全息图信号，依次设定不同深度、不同空间频率，使得不同深度、不同空间频率的全息图信号能依次显示在相应的深度平面。

在该步骤中，将建模得到的全息图信号分别加载到全息显示器件进行光学再现，即全息图信号经过全息显示器件形成显示在一定深度平面的影像，根据全息图信号的不同空间频率，影像具有不同的光栅空间频率的特性。

将激励图信号编码后得到的全息图信号加载到全息显示器件，依次进行不同深度、不同空间频率的全息断面图像显示。优选的是，同一深度平面的全息图信号的空间频率，根据等差的方式依次设定。根据不同空间频率的图显示规律，保证空间频率抽样的便捷性。

步骤4)：记录全息图信号显示在相应的深度平面的全息断面图像，直至获得全息图信号在不同深度平面、不同空间频率的所有全息断面图像。

在该步骤中，利用高分辨率的图固定设备，例如相机，可以在观察位置采集记录在一定深度获得的携带有不同空间频率特性的影像。获得全息图信号在不同深度平面、不同空间频率的全息断面图像的步骤具体包括：

选定某一深度的全息图信号；

设定该深度的全息图信号的空间频率，使得全息图信号显示在相应的深度平面；

记录该全息图信号在对应深度平面和对应空间频率的全息断面图像；

改变该深度全息图信号的空间频率，使得该全息图信号以其他不同于上述设定空间频率的多个空间频率的全息图信号显示在相应的深度平面，并相应记录全息断面图像；

选定其他不同于上述选定深度的全息图信号，使得该全息图信号以多个不同空间频率显示在相应的深度平面，并相应记录全息断面图像；

重复上述过程，直至设定深度范围内的每一深度的不同空间频率的全息断面图像均显示在相应的深度平面。

通过以上步骤，相当于循环上述步骤2)和步骤3)，在步骤4)使用相机在观察位置对一定的深度平面Z0对焦，记录输出的全息断面图像。改变全息图信号的空间频率，使得全息图信号以多个不同空间频率显示在相应的深度平面，通过获得不同深度、不同空间频率的全息断面图像显示，进而获得多个频点的图像对比度调制值，为对比度调制函数的曲线绘制做准备。

优选的是在设定深度范围ZC内，全息图信号进行显示与记录的深度顺序，根据从小到大、等差的方式依次选定。根据不同深度的全息断面图像显示规律，保证全息图信号编码的便捷性，也保证遍历全息图细节。

当然，该步骤中获得全息图信号在不同深度平面、不同空间频率的全息断面图像的过程，也可以先选定某一确定的空间频率，然后对该空间频率、不同深度的全息图信号分别进行配置，直至所有空间频率的、在设定深度范围ZC内的不同深度的全息断面图像显示全部被显示并记录完毕，这里不做限定。

步骤5)：根据全息断面图像，获得不同深度、不同空间频率的图像特征曲面，图像特征曲面中包括全息显示器件的光学分辨特性。

在该步骤中，根据设定的全息图信号的深度和空间频率，全息断面图像显示在相应的深度平面并被采集。根据全息断面图像，获得不同深度、不同空间频率的图像特征曲面的步骤包括：

根据处于同一深度平面、不同空间频率的全息断面图像的灰度对比度，得到一定深度平面的各空间频点的对比度调制函数值；

根据一定深度平面的各空间频点的对比度调制函数值计算得到相应深度的各空间频点的调制传递函数值，并将调制传递函数值拟合为调制传递函数曲线；

将多个不同深度平面的多条调制传递函数曲线拟合为图像特征曲面，图像特征曲面中包括全息显示器件的光学分辨特性。

这里，选定不同的深度平面Z0，重复上述设定平面深度、空间频率、成像以及记录的过程，可以测试得到不同深度平面不同频点的对比度调制函数值(简称CTF)，进而得到调制传递函数值。也即，分析得到不同空间频率的黑白光栅输出图像的灰度对比度可以得到各空间频点的CTF值，根据CTF值可以计算得到各频点调制传递函数值，并可将调制传递函数值拟合为调制传递函数曲线，该调制传递函数曲面即图像特征曲面，从而得到全息显示器件的光学分辨特性。

其中，一定深度平面的各空间频点的对比度调制函数值的计算公式为：

CTF(f)＝(Vmax-Vmin)/(Vmax+Vmin)，

其中：f为当前深度平面的某一空间频率，Vmax、Vmin分别为当前深度平面、当前空间频率的全息断面图像的最大灰度值和最小灰度值。计算对比度调制函数值，能获得空间频点，为对比度调制函数曲线做准备。

根据一定深度平面的各空间频点的对比度调制函数值计算得到相应深度的各空间频点的调制传递函数值的计算方式为：

MTF(f)＝π/4*[CTF(f)-CTF(3f)/3+CTF(5f)/5+……]；

其中：CTF(f)为当前深度平面的某一空间频率的对比度调制函数值。

计算调制传递函数值，能获得空间频点，为调制传递函数曲线做准备。

在每一个成像深度测量一个空间频率f的灰度对比度(CTF值)并计算得到调制传递函数值，依次测量多个空间频率，即可得到这个深度上的调制传递函数曲线；测量多个深度位置，可以得到多条曲线，如图2所示为在不同深度平面测试得到的调制传递函数曲线，其包括一族随深度Z值而异的曲线。并且，基于光学系统的连续性，可以基于多条曲线的数据，拟合出一个曲面，即根据所有测试数据将曲线族拟合为如图3所示的关于深度Z和空间频率f的调制传递函数曲面，其中虚线代表的值是拟合计算得到的，而非真实测量值。

全息显示分辨率与平板显示分辨率不同，平板显示分辨率是由全息显示器件的光调制单元决定的，是确定的数值。全息显示系统是一个光学系统，从完全可分辨到完全不可分辨之间存在一个逐渐模糊的过程，本实施例中的调制传递函数值实质上就是反映模糊程度。图像模糊与待显示图像的空间频率、成像的位置有关，因此研究全息显示的分辨率就是研究图像模糊程度随图像的空间频率、成像位置变化的规律。因而，根据全息断面图像，获得不同深度、不同空间频率的图像特征曲面，即可获得全息显示器件的光学分辨特性。

图像特征曲面中包括了调制传递函数值随空间频率、成像位置(即深度)变化的关系。在某一空间位置、空间频率下，调制传递函数值越大，越接近1，说明全息显示器件在同一位置显示具有相同空间频率的图像时越清晰，全息显示图像的可分辨性越好；调制传递函数值越小，越接近0，说明全息显示器件显示的图像越模糊，越难以分辨。实际操作中，通过设定调制传递函数值的最低阈值可以划定观察者可接受的显示质量(清晰程度)，据此可以在调制传递函数曲面上划定系统的显示的空间深度和空间频率范围。在全息计算的三维模型采样和抽样阶段，划定的深度范围和空间频率范围可以指导采样范围的选取和空间采样频率的设定，降低采集的数据量，提高运算效率。

该全息显示分辨能力的测试方法，用黑白光栅的数字建模与计算全息编码替代了光学测试中的实体黑白光栅输入，通过测量全息成像系统在不同成像深度的调制传递函数曲线、构建调制传递函数曲线随成像深度和空间频率变化的情况，利用不同深度的调制传递函数曲线形成调制传递函数曲面，得到的调制传递函数曲面即图像特征曲面，其具有空间频率和空间深度两个评价维度，从而用来表征全息三维显示系统成像能力，可以较全面地反映全息显示光学系统在三维空间的成像能力，指导全息数据采样阶段的采样范围和采样频率，为全息显示的分辨率提供一种测量表征方法，可为全息显示系统的评测、全息计算中采样点数的确定提供数据支持。

实施例2：

本实施例提供一种全息显示分辨能力的测试系统，用于测定全息显示器件的显示分辨率。全息显示系统对空间三维成像，本实施例借鉴二维成像光学系统的调制传递函数测试方法，结合测试不同深度Z方向的光学分辨特性，计算全息编码技术对全息显示器件进行调制传递函数测试，用以表征全息显示器件的成像能力。

本实施例中，全息显示分辨能力的测试系统框图和结构图分别如图4和图5所示，该全息显示分辨能力的测试系统包括编码单元2、配置单元3、图像采集单元4、计算单元5，以下将分别说明各单元或模块的结构和功能。

编码单元2，用于对向全息显示器件1输入的激励图信号进行编码，编码后的激励图信号形成设定深度范围内的具有不同深度的多个全息图信号。这里，激励图信号为二维图信号，全息图信号输入全息显示器件1能显示三维全息图；编码单元2功能类同一个黑白光栅数字模块21，用于将二维图信号编码为从最小空间频率0到最大空间频率Fmax之间的一系列空间频点的黑白光栅图信号，全息图信号的最大空间频率小于全息显示器件1的最大空间频率。这里，编码单元2对二维图信号的编码调制方式为：使得全息图信号遍历在不同的深度、且具有从0-max的空间频率，从而能得到某一断面的不同空间频率的全息断面图像。

优选的是，黑白光栅图的成像宽度为全息显示器件在某一深度平面的可显示宽度。通过控制全息图信号的成像宽度，能保证全息断面图像的完整性，获得准确的灰度信息。

配置单元3，用于将处于设定深度范围内的每一个全息图信号，依次设定不同深度、不同空间频率，使得不同深度、不同空间频率的全息图信号能依次显示在相应的深度平面。优选在配置单元3中，在设定深度范围内，全息图信号进行显示与记录的深度顺序，根据从小到大、等差的方式依次选定。通过设计不同深度的全息断面图像的显示规律，能保证全息图信号调制的便捷性。

同理，在配置单元3中，同一深度平面的全息图信号的空间频率，根据等差的方式依次设定。通过设计同一深度平面、不同空间频率的全息断面图像显示规律，保证空间频率抽样的便捷性。

在配置单元3中对全息图信号的配置，可以先选定某一确定的深度，然后对该深度、不同空间频率的全息图信号分别进行配置，直至设定深度范围内的每一深度的不同空间频率的全息断面图像能被全息显示器件1全部记录完毕；也可以先选定某一确定的空间频率，然后对该空间频率、不同深度的全息图信号分别进行配置，直至所有空间频率的、在设定深度范围ZC内的不同深度的全息断面图像能被全息显示器件1全部记录完毕，具体采用哪种方法来实现这里不做限定。

全息显示器件1，接收全息图信号并使得不同深度、不同空间频率的全息图信号依次显示在相应的深度平面，即显示在光栅显示61的位置。其中与全息显示分辨率相关的器件主要包括照明模块11、空间光调制器12，其中的照明模块11提供成像光束，空间光调制器12用于在X-Y平面内加载全息图信号，并通过全息成像光束投向Z轴方向，在空间内形成全息断面图像(多个全息断面图像的层叠即得到全息立体影像)。

图像采集单元4，用于记录全息图信号显示在相应的深度平面的全息断面图像，直至获得全息图信号在不同深度平面、不同空间频率的所有全息断面图像。优选的是，图像采集单元4为相机41，相机41的分辨空间频率大于全息图信号的最大空间频率。为保证测试的准确性，相机41所能分辨的空间频率应远大于Fmax以保证对测试结果无明显影响，若相机41自身的调制传递函数特性对成像有较大影响，须使用相机的调制传递函数值对原始测试数据进行补偿(补偿方法可以为多种，可根据情况设计，这里不做限定)。在满足附加特征——图像采集单元的分辨率要求的条件下，能获得准确的灰度信息，获得全息断面图像的多个空间频点，为对比度调制函数的曲线绘制做准备。

计算单元5，用于根据全息断面图像，获得不同深度、不同空间频率的图像特征曲面，图像特征曲面中包括全息显示器件1的光学分辨特性。优选的是，计算单元5包括对比度调制函数计算模块、调制传递函数计算模块和合成模块，其中：

对比度调制函数计算模块，用于根据处于同一深度平面、不同空间频率的全息断面图像的灰度对比度，得到一定深度平面的各空间频点的对比度调制函数值。在对比度调制函数计算模块中，一定深度平面的各空间频点的对比度调制函数值的计算公式为：

CTF(f)＝(Vmax-Vmin)/(Vmax+Vmin)，

其中：f为当前深度平面的某一空间频率，Vmax、Vmin分别为当前深度平面、当前空间频率的全息断面图像的最大灰度值和最小灰度值。通过计算对比度调制函数值，获得空间频点，为对比度调制函数曲线做准备。

调制传递函数计算模块，用于根据一定深度平面的各空间频点的对比度调制函数值计算得到相应深度的各空间频点的调制传递函数值，并将调制传递函数值拟合为调制传递函数曲线。在调制传递函数计算模块中，根据一定深度平面的各空间频点的对比度调制函数值计算得到相应深度的各空间频点的调制传递函数值的计算方式为：

MTF(f)＝π/4*[CTF(f)-CTF(3f)/3+CTF(5f)/5+……]。

其中：CTF(f)为当前深度平面的某一空间频率的对比度调制函数值，通过计算调制传递函数值，获得空间频点，为调制传递函数曲线做准备。

合成模块，用于将多个不同深度平面的多条调制传递函数曲线拟合为图像特征曲面，图像特征曲面包括全息显示器件的光学分辨特性。

本实施例的全息显示分辨能力的测试系统，通过测量全息成像器件在不同成像深度的调制传递函数曲线构建调制传递函数值随成像深度和空间频率变化的情况，利用不同深度的调制传递函数曲线形成调制传递函数曲面，得到的调制传递函数曲面即图像特征曲面，其具有空间频率和空间深度两个评价维度，从而用来表征全息三维显示系统成像能力，可以较全面地反映全息显示光学系统在三维空间的成像能力，指导全息数据采样阶段的采样范围和采样频率，为全息显示的分辨率提供一种测量表征方法，可为全息显示系统的评测、全息计算中采样点数的确定提供数据支持。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种全息显示分辨能力的测试方法，用于测定全息显示器件的显示分辨率，其特征在于，包括步骤：

输入激励图信号；

对所述激励图信号进行编码，编码后的所述激励图信号形成设定深度范围内的具有不同深度的多个全息图信号；

将处于设定深度范围内的每一个所述全息图信号，依次设定不同深度、不同空间频率，使得不同深度、不同空间频率的所述全息图信号能依次显示在相应的深度平面；

记录所述全息图信号显示在相应的深度平面的全息断面图像，直至获得所述全息图信号在不同深度平面、不同空间频率的所有所述全息断面图像；

根据所述全息断面图像，获得不同深度、不同空间频率的图像特征曲面，所述图像特征曲面中包括所述全息显示器件的光学分辨特性。

2.根据权利要求1所述的全息显示分辨能力的测试方法，其特征在于，所述激励图信号为二维图信号，所述全息图信号为具有从最小空间频率0到最大空间频率Fmax之间的一系列空间频点的黑白光栅图信号，所述全息图信号的最大空间频率小于所述全息显示器件的最大空间频率。

3.根据权利要求2所述的全息显示分辨能力的测试方法，其特征在于，所述黑白光栅图的成像宽度为全息显示器件在某一深度平面的可显示宽度。

4.根据权利要求1所述的全息显示分辨能力的测试方法，其特征在于，获得所述全息图信号在不同深度平面、不同空间频率的所有所述全息断面图像的步骤具体包括：

选定某一深度的所述全息图信号；

设定该深度的所述全息图信号的空间频率，使得所述全息图信号显示在相应的深度平面；

记录该所述全息图信号在对应深度平面和对应空间频率的所述全息断面图像；

改变该深度所述全息图信号的空间频率，使得该所述全息图信号以其他不同于上述设定空间频率的多个空间频率的所述全息图信号显示在相应的深度平面，并相应记录所述全息断面图像；

选定其他不同于上述选定深度的所述全息图信号，使得该所述全息图信号以多个不同空间频率显示在相应的深度平面，并相应记录所述全息断面图像；

重复上述过程，直至设定深度范围内的每一深度的不同空间频率的所述全息图信号均显示在相应的深度平面。

5.根据权利要求4所述的全息显示分辨能力的测试方法，其特征在于，在设定深度范围内，所述全息图信号进行显示与记录的深度顺序，根据从小到大、等差的方式依次选定；

和/或，同一深度平面的所述全息图信号的空间频率，根据等差的方式依次设定。

6.根据权利要求1所述的全息显示分辨能力的测试方法，其特征在于，根据所述全息断面图像，获得不同深度、不同空间频率的图像特征曲面的步骤包括：

根据处于同一深度平面、不同空间频率的所述全息断面图像的灰度对比度，得到一定深度平面的各空间频点的对比度调制函数值；

根据一定深度平面的各空间频点的对比度调制函数值计算得到相应深度的各空间频点的调制传递函数值，并将调制传递函数值拟合为调制传递函数曲线；

将多个不同深度平面的多条所述调制传递函数曲线拟合为图像特征曲面，所述图像特征曲面中包括所述全息显示器件的光学分辨特性。

7.根据权利要求6所述的全息显示分辨能力的测试方法，其特征在于，一定深度平面的各空间频点的对比度调制函数值的计算公式为：

CTF(f)＝(Vmax-Vmin)/(Vmax+Vmin)，

其中：f为当前深度平面的某一空间频率，Vmax、Vmin分别为当前深度平面、当前空间频率的所述全息断面图像的最大灰度值和最小灰度值；

和/或，根据一定深度平面的各空间频点的对比度调制函数值计算得到相应深度的各空间频点的调制传递函数值的计算方式为：

MTF(f)＝π/4*[CTF(f)-CTF(3f)/3+CTF(5f)/5+……]；

其中：CTF(f)为当前深度平面的某一空间频率的对比度调制函数值。

8.一种全息显示分辨能力的测试系统，用于测定全息显示器件的显示分辨率，其特征在于，包括编码单元、配置单元、图像采集单元、计算单元，其中：

所述编码单元，用于对向所述全息显示器件输入的激励图信号进行编码，编码后的所述激励图信号形成设定深度范围内的具有不同深度的多个全息图信号；

所述配置单元，用于将处于设定深度范围内的每一个所述全息图信号，依次设定不同深度、不同空间频率，使得不同深度、不同空间频率的所述全息图信号能依次显示在相应的深度平面；

所述全息显示器件，接收所述全息图信号并使得不同深度、不同空间频率的所述全息图信号依次显示在相应的深度平面；

所述图像采集单元，用于记录所述全息图信号显示在相应的深度平面的全息断面图像，直至获得所述全息图信号在不同深度平面、不同空间频率的所有所述全息断面图像；

所述计算单元，用于根据所述全息断面图像，获得不同深度、不同空间频率的图像特征曲面，所述图像特征曲面中包括所述全息显示器件的光学分辨特性。

9.根据权利要求8所述的全息显示分辨能力的测试系统，其特征在于，所述激励图信号为二维图信号，所述编码单元用于将所述二维图信号编码为具有从最小空间频率0到最大空间频率Fmax之间的一系列空间频点的黑白光栅图信号的全息图信号，所述全息图信号的最大空间频率小于所述全息显示器件的最大空间频率。

10.根据权利要求9所述的全息显示分辨能力的测试系统，其特征在于，所述黑白光栅图的成像宽度为全息显示器件在某一深度平面的可显示宽度。

11.根据权利要求8所述的全息显示分辨能力的测试系统，其特征在于，所述配置单元中，在设定深度范围内，所述全息图信号进行显示与记录的深度顺序，根据从小到大、等差的方式依次选定；

和/或，同一深度平面的所述全息图信号的空间频率，根据等差的方式依次设定。

12.根据权利要求8所述的全息显示分辨能力的测试系统，其特征在于，所述图像采集单元为相机，所述相机的分辨空间频率大于所述全息图信号的最大空间频率。

13.根据权利要求8所述的全息显示分辨能力的测试系统，其特征在于，所述计算单元包括对比度调制函数计算模块、调制传递函数计算模块和合成模块，其中：

所述对比度调制函数计算模块，用于根据处于同一深度平面、不同空间频率的所述全息断面图像的灰度对比度，得到一定深度平面的各空间频点的对比度调制函数值；

所述调制传递函数计算模块，用于根据一定深度平面的各空间频点的对比度调制函数值计算得到相应深度的各空间频点的调制传递函数值，并将调制传递函数值拟合为调制传递函数曲线；

所述合成模块，用于将多个不同深度平面的多条所述调制传递函数曲线拟合为图像特征曲面，所述图像特征曲面中包括所述全息显示器件的光学分辨特性。

14.根据权利要求13所述的全息显示分辨能力的测试系统，其特征在于，所述对比度调制函数计算模块中，一定深度平面的各空间频点的对比度调制函数值的计算公式为：

CTF(f)＝(Vmax-Vmin)/(Vmax+Vmin)，

其中：f为当前深度平面的某一空间频率，Vmax、Vmin分别为当前深度平面、当前空间频率的所述全息断面图像的最大灰度值和最小灰度值；

和/或，所述调制所述对比度调制函数计算模块中，根据一定深度平面的各空间频点的对比度调制函数值计算得到相应深度的各空间频点的调制传递函数值的计算方式为：

MTF(f)＝π/4*[CTF(f)-CTF(3f)/3+CTF(5f)/5+……]；

其中：CTF(f)为当前深度平面的某一空间频率的对比度调制函数值。