CN106557004A - 一种全息投影方法及装置 - Google Patents

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CN106557004A
CN106557004A CN201510628943.3A CN201510628943A CN106557004A CN 106557004 A CN106557004 A CN 106557004A CN 201510628943 A CN201510628943 A CN 201510628943A CN 106557004 A CN106557004 A CN 106557004A
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Southeast University
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Abstract

本发明实施例公开了一种全息投影方法，包括：采集三维场景的至少一张子图；采用高斯-赛德尔(GS)迭代获取每张子图的子全息图；根据每张子图的子全息图，获取所述三维场景的相位全息图；按照所述相位全息图进行全息投影，重建所述三维场景。进一步的，本发明实施例还公开了一种全息投影装置。

Description

一种全息投影方法及装置
技术领域
本发明涉及显示领域的投影技术，尤其涉及一种全息投影方法及装置。
背景技术
随着显示技术的发展，用户对显示效果的要求也越来越高。由于全息显示技术可以重建三维场景，因此被认为是未来显示技术最有潜力的发展方向。
现有技术中，在进行三维显示时，计算机可以首先采用立体全息算法描述需要显示的三维场景，然后通过立体全息算法的数学描述得到计算机生成的全息图(Computer-Generated Holograms，CGH)，进而可以通过该CGH重建三维场景。传统的立体全息算法类似于集成成像，即首先利用数字或光学生成多角度二维视差图，然后对每张视差图施加傅里叶变换，并按照拍摄顺序拼接成最终的一张完整的全息图，即全息图在空间上被分割成许多立体单元，每个单元对应的是相应角度拍摄的视差图的傅里叶频谱图。
但是，在重建三维场景过程中所用的器件大部分为相位型器件，该类器件仅能反应相位信息，因此在三维显示时，仅能根据相位全息图进行三维图像的重建。所述相位全息图是在对各个视差图进行傅里叶变换后直接取各视差图的相位得到的全息图，而仅采用相位信息重建的三维图像由于景深信息的丢失，导致最终得到的三维图像与原始的三维场景误差较大，三维显示效果不佳。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明实施例期望提供一种全息投影方法及装置，能够减小重建三维图像与原始三维场景的误差，提高三维显示的效果。
本发明的技术方案是这样实现的：
一方面，本发明实施例提供一种全息投影方法，包括：
采集三维场景的至少一张子图；
采用高斯-赛德尔GS迭代获取每张子图的子全息图；
根据每张子图的子全息图，获取所述三维场景的相位全息图；
按照所述相位全息图进行全息投影，重建所述三维场景。
可选的，所述采用GS迭代获取每张子图的子全息图包括：
获取每张子图的原始光场复振幅分布；
对每张子图的所述原始光场复振幅分布进行傅里叶变换，得到每张子图全息面的光场复振幅分布；
对每张子图的全息面的光场复振幅分布的相位因子进行逆傅里叶变换，得到每张子图在成像面上的光场复振幅分布；
采用每张子图的原始灰阶对应替换每张子图在成像面上的光场复振幅分布的振幅因子，得到每张子图在成像面的新的光场复振幅分布；
对每张子图在成像面的新的光场复振幅分布进行傅里叶变换，再次得到每张子图在全息面的光场复振幅分布；
重复执行对每张子图的全息面的光场复振幅分布的相位因子进行逆傅里叶变换，得到每张子图在成像面上的光场复振幅分布至对每张子图在成像面的新的光场复振幅分布进行傅里叶变换，再次得到每张子图在全息面的光场复振幅分布的步骤，直至第N次得到每张子图在全息面的光场复振幅分布的相位因子与第N-1次得到对应的每张子图在全息面的光场复振幅分布的相位因子的差小于预设阈值；
获取第N次得到的每张子图在全息面的光场复振幅分布的相位因子，所述每张子图在全息面的光场复振幅分布的相位因子为每张子图对应的子全息图。
可选的，所述根据每张子图的子全息图，获取所述三维场景的相位全息图包括：
采用公式(1)对每张子图的子全息图进行编码；
所述公式(1)为：
其中，表示每张子图的子全息图的角度值，表示经过相位编码后得到的每张子图对应的编码角度值；
根据每张子图对应的编码角度值，获取每张子图对应的相位子全息图；
根据每张子图的视角顺序，排列每张子图的所述相位子全息图，得到所述三维场景的相位全息图。
可选的，所述采集三维场景的至少一张子图包括：
根据不同的视角，设置至少一个相机，每个相机的相机传感器位于所述相机的镜头透镜的成像位置；
每个相机分别拍摄对应视角上的所述三维场景的图像，所述图像为所述三维场景在对应视角上的子图。
可选的，所述采集三维场景的至少一张子图包括：
根据不同的视角，设置至少一个相机，每个相机的相机传感器位于所述相机的镜头透镜的焦点位置；
每个相机分别拍摄对应视角上的所述三维场景的图像；
将每张图像相同位置的像素点集合形成正交投影图像，所述正交投影图像为所述三维场景在对应视角上的子图。
另一方面，本发明实施例提供一种全息投影装置，包括：
采集单元，用于采集三维场景的至少一张子图；
获取单元，用于采用高斯-赛德尔GS迭代获取每张子图的子全息图；并根据每张子图的子全息图，获取所述三维场景的相位全息图；
重建单元，用于按照所述相位全息图进行全息投影，重建所述三维场景。
可选的，所述获取单元具体用于：
获取每张子图的原始光场复振幅分布；
对每张子图的所述原始光场复振幅分布进行傅里叶变换，得到每张子图全息面的光场复振幅分布；
对每张子图的全息面的光场复振幅分布的相位因子进行逆傅里叶变换，得到每张子图在成像面上的光场复振幅分布；
采用每张子图的原始灰阶对应替换每张子图在成像面上的光场复振幅分布的振幅因子，得到每张子图在成像面的新的光场复振幅分布；
对每张子图在成像面的新的光场复振幅分布进行傅里叶变换，再次得到每张子图在全息面的光场复振幅分布；
重复执行对每张子图的全息面的光场复振幅分布的相位因子进行逆傅里叶变换，得到每张子图在成像面上的光场复振幅分布至对每张子图在成像面的新的光场复振幅分布进行傅里叶变换，再次得到每张子图在全息面的光场复振幅分布的步骤，直至第N次得到每张子图在全息面的光场复振幅分布的相位因子与第N-1次得到对应的每张子图在全息面的光场复振幅分布的相位因子的差小于预设阈值；
获取第N次得到的每张子图在全息面的光场复振幅分布的相位因子，所述每张子图在全息面的光场复振幅分布的相位因子为每张子图对应的子全息图。
可选的，其特征在于，所述获取单元具体用于：
采用公式(1)对每张子图的子全息图进行编码；
所述公式(1)为：
其中，表示每张子图的子全息图的角度值，表示经过相位编码后得到的每张子图对应的编码角度值；
根据每张子图对应的编码角度值，获取每张子图对应的相位子全息图；
根据每张子图的视角顺序，排列每张子图的所述相位子全息图，得到所述三维场景的相位全息图。
可选的，所述采集单元具体用于：
根据不同的视角，设置至少一个相机，每个相机的相机传感器位于所述相机的镜头透镜的成像位置；
每个相机分别拍摄对应视角上的所述三维场景的图像，所述图像为所述三维场景在对应视角上的子图。
可选的，所述采集单元具体用于：
根据不同的视角，设置至少一个相机，每个相机的相机传感器位于所述相机的镜头透镜的焦点位置；
每个相机分别拍摄对应视角上的所述三维场景的图像；
将每张图像相同位置的像素点集合形成正交投影图像，所述正交投影图像为所述三维场景在对应视角上的子图。
本发明实施例提供了一种全息投影方法及装置，所述方法包括：采集三维场景的至少一张子图；采用高斯-赛德尔GS迭代获取每张子图的子全息图；根据每张子图的子全息图，获取所述三维场景的相位全息图；按照所述相位全息图进行全息投影，重建所述三维场景。这样一来，通过GS迭代获取每张子图的子全息图，使得每张子图的子全息图的光场复振幅分布收敛于每张子图的原始光场复振幅分布，最大限度的保留了三维场景的景深信息，减小了重建三维图像与原始三维场景的误差，提高了三维显示的效果。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种全息投影方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的一种投影设备的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的另一种全息投影方法的流程图；
图4为本发明实施例提供的一种全息投影装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
本发明实施例提供一种全息投影方法，如图1所示，包括：
步骤101、采集三维场景的至少一张子图。
示例的，将多个相机设置在三维场景的不同的视角上，相机传感器可以位于镜头透镜的成像位置上，即投影线相交在对应相机镜头的主点位置，相机传感器也可以位于镜头透镜的焦点位置上，即投影线与对应相机镜头的光轴平行，本发明实施例对此不做限定。
步骤102、采用GS迭代获取每张子图的子全息图。
所述高斯-赛德尔(Gauss-Seidel，GS)迭代的原理简单，计算式要求对计算机内存的要求不高，编程容易实现，而且由于GS迭代的收敛性，使得每张子图的子全息图的光场复振幅分布收敛于对应子图的原始光场复振幅分布，可以使得子图的子全息图与原始子图的差别减小。
步骤103、根据每张子图的子全息图，获取所述三维场景的相位全息图。
具体的，可以对每张子图的子全息图的光场复振幅分布的角度值进行编码，获取每张子图的相位子全息图的光场复振幅分布的编码角度值，进而获取编码后光场复振幅分布的相位因子，该相位因子即为每张子图对应的相位子全息图。依次获取每张子图的相位子全息图，按照视角顺序排列所述每张子图的相位子全息图，即可得到三维场景的相位全息图。实际应用中，也可以首先按照视角顺序排列每张子图的子全息图，得到三维场景的全息图，然后对每张子图的子全息图的光场复振幅分布的角度值进行编码，即可获取三维场景的相位全息图。实际应用中可以根据实际情况进行选择，本发明实施例对此不做限定。
步骤104、按照所述相位全息图进行全息投影，重建所述三维场景。
示例的，可以选用投影设备20完成相位全息图的投影，所述投影设备20可以如图2所示，包括相位空间光调制器201，分光棱镜202，屏幕203，单色激光器204，偏振片205，投影计算机206。其中，投影计算机206与相位空间光调制器201连接，投影计算机206可以是生成全息图的计算机，用于将相位全息图加载在相位空间光调制器201中，相位空间光调制器201、分光棱镜202、屏幕203依次布设，且相位空间光调制器201、分光棱镜202、屏幕203处于同一条直线上，在分光棱镜202的一侧布设单色激光器204和偏振片205，偏振片205位于分光棱镜202和单色激光器204之间。
这样一来，通过GS迭代获取每张子图的子全息图，使得每张子图的子全息图的光场复振幅分布收敛于每张子图的原始光场复振幅分布，最大限度的保留了三维场景的景深信息，减小了重建三维图像与原始三维场景的误差，提高了三维显示的效果。
较佳的，在采用GS迭代获取每张子图的子全息图时，可以首先获取每张子图的原始光场复振幅分布，对每张子图的所述原始光场复振幅分布进行傅里叶变换，得到每张子图全息面的光场复振幅分布，然后对每张子图的全息面的光场复振幅分布的相位因子进行逆傅里叶变换，得到每张子图在成像面上的光场复振幅分布，采用每张子图的原始灰阶对应替换每张子图在成像面上的光场复振幅分布的振幅因子，得到每张子图在成像面的新的光场复振幅分布，对每张子图在成像面的新的光场复振幅分布进行傅里叶变换，再次得到每张子图在全息面的光场复振幅分布；重复执行对每张子图的全息面的光场复振幅分布的相位因子进行逆傅里叶变换，得到每张子图在成像面上的光场复振幅分布至对每张子图在成像面的新的光场复振幅分布进行傅里叶变换，再次得到每张子图在全息面的光场复振幅分布的步骤，直至第N次得到每张子图在全息面的光场复振幅分布的相位因子与第N-1次得到对应的每张子图在全息面的光场复振幅分布的相位因子的差小于预设阈值；获取第N次得到的每张子图在全息面的光场复振幅分布的相位因子，所述每张子图在全息面的光场复振幅分布的相位因子为每张子图对应的子全息图。
可选的，在根据每张子图的子全息图，获取所述三维场景的相位全息图时，可以采用公式(1)对每张子图的子全息图进行编码；所述公式(1)为：
其中，表示每张子图的子全息图的角度值，表示经过相位编码后得到的每张子图对应的编码角度值。
然后根据每张子图对应的编码角度值，获取每张子图对应的相位子全息图；根据每张子图的视角顺序，排列每张子图的所述相位子全息图，得到所述三维场景的相位全息图。
具体的，在采集三维场景的至少一张子图时，可以根据不同的视角，设置至少一个相机，每个相机的相机传感器位于所述相机的镜头透镜的成像位置，然后每个相机分别拍摄对应视角上的所述三维场景的图像，所述图像为所述三维场景在对应视角上的子图。
具体的，在采集三维场景的至少一张子图时，可以根据不同的视角，设置至少一个相机，每个相机的相机传感器位于所述相机的镜头透镜的焦点位置，然后每个相机分别拍摄对应视角上的所述三维场景的图像，将每张图像相同位置的像素点集合形成正交投影图像，所述正交投影图像为所述三维场景在对应视角上的子图。
本发明实施例提供了一种全息投影方法，所述方法包括：采集三维场景的至少一张子图；采用高斯-赛德尔GS迭代获取每张子图的子全息图；根据每张子图的子全息图，获取所述三维场景的相位全息图；按照所述相位全息图进行全息投影，重建所述三维场景。这样一来，通过GS迭代获取每张子图的子全息图，使得每张子图的子全息图的光场复振幅分布收敛于每张子图的原始光场复振幅分布，最大限度的保留了三维场景的景深信息，减小了重建三维图像与原始三维场景的误差，提高了三维显示的效果。
本发明实施例提供一种全息投影方法，如图3所示，所述方法包括：
步骤301、采集三维场景的至少一张子图。
示例的，将多个相机设置在三维场景的不同的视角上，相机传感器可以位于镜头透镜的成像位置上，也可以位于镜头透镜的焦点位置上。当相机传感器位于镜头透镜的成像位置上时，每个相机传感器采集到的图像即为三维场景在对应视角的子图，分别采集多个视角的子图，即可获取多个子图；相机传感器位于镜头透镜的焦点位置上时，每个相机传感器用于采集三维场景在对应视角的一张基本图像，将每张基本图像相同位置的像素点集合起来形成一张正交投影图像，该正交投影图像即三维场景在对应视角的子图，分别采集多个视角的子图，即可获取多个子图。
步骤302、获取参考子图的原始光场复振幅分布G1exp(-iθ1)。
所述参考子图为所述至少一个子图中任意一个子图，即本发明实施例以参考子图为例进行说明。通常情况下，每张子图均可以用光场复振幅分布表示，示例的，参考子图的原始光场复振幅分布可以表示为G1exp(-iθ1)，其中G1为参考子图的原始灰阶，exp(-iθ1)为参考子图的原始相位因子。
步骤303、对参考子图的原始光场复振幅分布G1exp(-iθ1)进行傅里叶变换，得到参考子图在全息面的光场复振幅分布H1exp(-iθH1)。
参考子图的原始光场复振幅分布G1exp(-iθ1)是一个复数，可以采用复变函数中的傅里叶变换对该光场复振幅分布进行处理。具体的傅里叶变换过程属于现有技术，本发明实施例在此不做赘述。
步骤304、保留参考子图在全息面的光场复振幅分布H1exp(-iθH1)中的相位因子exp(-iθH1)。
其中，光场复振幅分布H1exp(-iθH1)中，H1为参考子图在全息面的灰阶，exp(-iθH1)为参考子图在全息面的相位因子，由于相位因子决定了投影时光束的方向，在三维图像的重建过程中更为重要，所以本发明实施例中主要分析它的相位分布。
步骤305、对参考子图在全息面的光场复振幅分布的相位因子exp(-iθH1)进行逆傅里叶变换，得到参考子图在成像面上的光场复振幅分布G2exp(-iθ2)。
参考子图在全息面的光场复振幅分布的相位因子exp(-iθH1)是一个复数，可以采用复变函数中的逆傅里叶变换对该相位因子进行处理。对全息面的光场复振幅分布的相位因子exp(-iθH1)进行逆傅里叶变换后，即可重新得到参考子图在成像面上的光场复振幅分布G2exp(-iθ2)，其中G2为参考子图在成像面上的灰阶，exp(-iθ2)为参考子图在成像面上的相位因子。当G2与G1相差较小，且exp(-iθ2)与exp(-iθ1)相差较小时，成像面上显示的参考子图与原始参考子图的差别也较小。具体的，逆傅里叶变换过程属于现有技术，本发明实施例在此不做赘述。
步骤306、采用G1替换参考子图在成像面上的光场复振幅分布G2exp(-iθ2)的振幅因子G2，得到参考子图在成像面的新的光场复振幅分布G0exp(-iθ2)。
通常的，如果采用仅经过一次傅里叶变换后获得参考子图在全息面的光场复振幅分布的相位因子exp(-iθH1)组成全息图，并采用该全息图进行三维投影，误差会较大，因为采用全息图进行投影的过程相当于一次逆傅里叶变换的过程，而exp(-iθH1)经过逆傅里叶变换得到的G2exp(-iθ2)与原始参考子图的原始光场复振幅分布G1exp(-iθ1)差别较大。为了使得通过全息图投影得到的三维投影与原始参考子图的差别较小，可以采用GS迭代，对exp(-iθH1)进行处理，具体的，首先，在exp(-iθH1)经过逆傅里叶变换得到参考子图在成像面上的光场复振幅分布G2exp(-iθ2)后，采用原始参考子图的灰阶G1替换G2，得到参考子图在成像面的新的光场复振幅分布G0exp(-iθ2)。
步骤307、对参考子图在成像面的新的光场复振幅分布G0exp(-iθ2)进行傅里叶变换，再次得到参考子图在全息面的光场复振幅分布H2exp(-iθH2)。
示例的，参考子图在成像面的新的光场复振幅分布G0exp(-iθ2)为复数，同样可以进行傅里叶变换，成像面的光场复振幅分布经过一次傅里叶变换之后，得到每张子图全息面的光场复振幅分布，即参考子图在成像面的新的光场复振幅分布经过一次傅里叶变换之后第二次得到参考子图在全息面的光场复振幅分布H2exp(-iθH2)。
步骤308、重复步骤304至步骤307，直至第N次得到参考子图在全息面的光场复振幅分布HNexp(-iθHN)的相位因子与第N-1次得到参考子图在全息面的光场复振幅分布HN-1exp(-iθHN-1)的相位因子的差小于预设阈值。
重复执行步骤304至步骤307，完成GS迭代，在GS迭代的过程中，通过每次迭代，使得第N次得到参考子图在全息面的光场复振幅分布HNexp(-iθHN)的灰阶，收敛于参考子图的原始灰阶G1，即HN与G1相差较小，此时第N次得到参考子图在全息面的光场复振幅分布HNexp(-iθHN)的相位因子exp(-iθHN)也收敛于参考子图的原始相位因子exp(-iθ1)，即exp(-iθHN)与exp(-iθ1)的相差较小。因为根据GS迭代的次数，全息面的光场复振幅分布HNexp(-iθHN)是一个逐渐收敛的过程，当GS迭代到达一定次数之后，相邻两次全息面的光场复振幅分布的差值趋于平缓，因此可以预先设置阈值，即预设阈值，当第N次得到参考子图在全息面的光场复振幅分布HNexp(-iθHN)的相位因子与第N-1次得到参考子图在全息面的光场复振幅分布HN-1exp(-iθHN-1)的相位因子的差小于预设阈值时，说明第N次得到参考子图在全息面的光场复振幅分布HNexp(-iθHN)已经收敛于参考子图原始光场复振幅分布G1exp(-iθ1)，可以停止GS迭代。
示例的，第5次得到参考子图在全息面的光场复振幅分布为H5exp(-iθH5)，其相位因子为exp(-iθH5)，第6次得到参考子图在全息面的光场复振幅分布为H6exp(-iθH6)，其相位因子为exp(-iθH6)，当exp(-iθH6)与exp(-iθH5)的差值小于预设阈值时，说明第6次得到参考子图在全息面的光场复振幅分布H6exp(-iθH6)已经收敛于参考子图原始光场复振幅分布G1exp(-iθ1)，即H6exp(-iθH6)与G1exp(-iθ1)相差较小，可以停止GS迭代。具体的，所述预设阈值可以为0.0001，实际应用中可以根据精度要求进行设置，本发明实施例对此不做限定。
实际应用中也可以根据具体情况设置预设迭代次数，当GS迭代的次数达到预设迭代次数时，说明第N次得到参考子图在全息面的光场复振幅分布HNexp(-iθHN)已经收敛于参考子图原始光场复振幅分布G1exp(-iθ1)，可以停止GS迭代，本发明对此不作赘述。
步骤309、对第N次得到参考子图在全息面的光场复振幅分布HNexp(-iθHN)的相位因子exp(-iθHN)进行编码，得到参考子图的相位子全息图。
依次获取各个子图收敛于原始光场复振幅分布的全息面的光场复振幅分布，然后按照不同子图的视角顺序，将各个子图的子全息图拼接起来得到全息图，所述子全息图为各个子图最终得到的全息面的光场复振幅分布的相位因子，并对每张子图的全息面的光场复振幅分布的相位因子进行编码。
示例的，可以采用公式(1)：
对第N次得到参考子图在全息面的光场复振幅分布HNexp(-iθHN)的相位因子exp(-iθHN)进行编码，其中，表示每张子图的子全息图的角度值，表示经过相位编码后得到的每张子图对应的编码角度值，即表示GS迭代并拼接后得到的全息面上的光场复振幅的相位因子的角度值，表示经过相位编码后得到的全息面上的光场复振幅的相位因子的编码角度值。
进行编码时，将θHN带入公式(1)替换计算得到的即为编码后参考子图在全息面的光场复振幅的编码角度值，即编码后第N次得到参考子图在全息面的光场复振幅分布为所述编码后第N次得到参考子图在全息面的光场复振幅分布为的相位因子为参考子图的相位子全息图。
对每张子图的全息面的光场复振幅分布的相位因子进行编码后，采用编码后的各子图的相位子全息图组成相位全息图。
步骤310、根据相位子全息图进行三维投影。
示例的，投影设备20参考图2所示，包括相位空间光调制器201，分光棱镜202，屏幕203，单色激光器204，偏振片205，投影计算机206。其中，投影计算机206与相位空间光调制器201连接，投影计算机206可以使生成全息图的计算机，用于将相位全息图加载在相位空间光调制器201中，相位空间光调制器201、分光棱镜202、屏幕203依次布设，且相位空间光调制器201、分光棱镜202、屏幕203处于同一条直线上，在分光棱镜202的一侧布设单色激光器204和偏振片205，偏振片205位于分光棱镜202和单色激光器204之间。
在采用投影设备20进行投影时，单色激光器204发出的平面波通过偏振片205变为偏振光，偏振光通过分光棱镜202后可射入到相位空间光调制器201中，然后相位空间光调制器201按照加载的相位全息图对入射的偏振光进行调制，然后将调制后的光出射，该调制后的光经过分光棱镜202后，投影在屏幕203上，即可完成三维投影。
本发明实施例提供了一种全息投影方法及装置，能够通过GS迭代获取每张子图的子全息图，使得每张子图的子全息图的光场复振幅分布收敛于每张子图的原始光场复振幅分布，最大限度的保留了三维场景的景深信息，减小了重建三维图像与原始三维场景的误差，提高了三维显示的效果。
需要说明的是，本发明实施例提供的全息投影方法的步骤的先后顺序可以进行适当调整，步骤也可以根据情况进行相应增减，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化的方法，都应涵盖在本发明的保护范围之内，因此不再赘述。
本发明实施例提供一种全息投影装置40，如图4所示，包括：
采集单元401，用于采集三维场景的至少一张子图。
获取单元402，用于采用高斯-赛德尔GS迭代获取每张子图的子全息图；并根据每张子图的子全息图，获取所述三维场景的相位全息图。
重建单元403，用于按照所述相位全息图进行全息投影，重建所述三维场景。
这样一来，获取单元通过GS迭代获取每张子图的子全息图，使得每张子图的子全息图的光场复振幅分布收敛于每张子图的原始光场复振幅分布，最大限度的保留了三维场景的景深信息，减小了重建单元重建三维图像与原始三维场景的误差，提高了三维显示的效果。
较佳的，所述获取单元402具体用于：获取每张子图的原始光场复振幅分布；对每张子图的所述原始光场复振幅分布进行傅里叶变换，得到每张子图全息面的光场复振幅分布；对每张子图的全息面的光场复振幅分布的相位因子进行逆傅里叶变换，得到每张子图在成像面上的光场复振幅分布；采用每张子图的原始灰阶对应替换每张子图在成像面上的光场复振幅分布的振幅因子，得到每张子图在成像面的新的光场复振幅分布；对每张子图在成像面的新的光场复振幅分布进行傅里叶变换，再次得到每张子图在全息面的光场复振幅分布；重复执行对每张子图的全息面的光场复振幅分布的相位因子进行逆傅里叶变换，得到每张子图在成像面上的光场复振幅分布至对每张子图在成像面的新的光场复振幅分布进行傅里叶变换，再次得到每张子图在全息面的光场复振幅分布的步骤，直至第N次得到每张子图在全息面的光场复振幅分布的相位因子与第N-1次得到对应的每张子图在全息面的光场复振幅分布的相位因子的差小于预设阈值；获取第N次得到的每张子图在全息面的光场复振幅分布的相位因子，所述每张子图在全息面的光场复振幅分布的相位因子为每张子图对应的子全息图。
可选的，所述获取单元402具体用于：采用公式(1)对每张子图的子全息图进行编码；所述公式(1)为：
其中，表示每张子图的子全息图的角度值，表示经过相位编码后得到的每张子图对应的编码角度值；
根据每张子图对应的编码角度值，获取每张子图对应的相位子全息图；根据每张子图的视角顺序，排列每张子图的所述相位子全息图，得到所述三维场景的相位全息图。
具体的，所述采集单元401具体用于：
根据不同的视角，设置至少一个相机，每个相机的相机传感器位于所述相机的镜头透镜的成像位置；每个相机分别拍摄对应视角上的所述三维场景的图像，所述图像为所述三维场景在对应视角上的子图。
具体的，所述采集单元401具体用于：
根据不同的视角，设置至少一个相机，每个相机的相机传感器位于所述相机的镜头透镜的焦点位置；每个相机分别拍摄对应视角上的所述三维场景的图像；将每张图像相同位置的像素点集合形成正交投影图像，所述正交投影图像为所述三维场景在对应视角上的子图。
本发明实施例提供了一种全息投影装置，所述装置包括采集单元401，用于采集三维场景的至少一张子图；获取单元402，用于采用高斯-赛德尔GS迭代获取每张子图的子全息图；并根据每张子图的子全息图，获取所述三维场景的相位全息图；重建单元403，用于按照所述相位全息图进行全息投影，重建所述三维场景。这样一来，通过GS迭代获取每张子图的子全息图，使得每张子图的子全息图的光场复振幅分布收敛于每张子图的原始光场复振幅分布，最大限度的保留了三维场景的景深信息，减小了重建三维图像与原始三维场景的误差，提高了三维显示的效果。
需要说明的是，第一，在实际应用中，所述采集单元401、获取单元402、均可由位于计算机中的中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、微处理器(Micro Processor Unit，MPU)、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、或现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)等实现。重建单元403通过布设的投影设备实现。另外，在本发明实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元独立实现对应功能，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。
第二，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种全息投影方法，其特征在于，包括：
采集三维场景的至少一张子图；
采用高斯-赛德尔GS迭代获取每张子图的子全息图；
根据每张子图的子全息图，获取所述三维场景的相位全息图；
按照所述相位全息图进行全息投影，重建所述三维场景。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用GS迭代获取每张子图的子全息图包括：
获取每张子图的原始光场复振幅分布；
对每张子图的所述原始光场复振幅分布进行傅里叶变换，得到每张子图全息面的光场复振幅分布；
对每张子图的全息面的光场复振幅分布的相位因子进行逆傅里叶变换，得到每张子图在成像面上的光场复振幅分布；
采用每张子图的原始灰阶对应替换每张子图在成像面上的光场复振幅分布的振幅因子，得到每张子图在成像面的新的光场复振幅分布；
对每张子图在成像面的新的光场复振幅分布进行傅里叶变换，再次得到每张子图在全息面的光场复振幅分布；
重复执行对每张子图的全息面的光场复振幅分布的相位因子进行逆傅里叶变换，得到每张子图在成像面上的光场复振幅分布至对每张子图在成像面的新的光场复振幅分布进行傅里叶变换，再次得到每张子图在全息面的光场复振幅分布的步骤，直至第N次得到每张子图在全息面的光场复振幅分布的相位因子与第N-1次得到对应的每张子图在全息面的光场复振幅分布的相位因子的差小于预设阈值；
获取第N次得到的每张子图在全息面的光场复振幅分布的相位因子，所述每张子图在全息面的光场复振幅分布的相位因子为每张子图对应的子全息图。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述根据每张子图的子全息图，获取所述三维场景的相位全息图包括：
采用公式(1)对每张子图的子全息图进行编码；
所述公式(1)为：
其中，表示每张子图的子全息图的角度值，表示经过相位编码后得到的每张子图对应的编码角度值；
根据每张子图对应的编码角度值，获取每张子图对应的相位子全息图；
根据每张子图的视角顺序，排列每张子图的所述相位子全息图，得到所述三维场景的相位全息图。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述采集三维场景的至少一张子图包括：
根据不同的视角，设置至少一个相机，每个相机的相机传感器位于所述相机的镜头透镜的成像位置；
每个相机分别拍摄对应视角上的所述三维场景的图像，所述图像为所述三维场景在对应视角上的子图。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述采集三维场景的至少一张子图包括：
根据不同的视角，设置至少一个相机，每个相机的相机传感器位于所述相机的镜头透镜的焦点位置；
每个相机分别拍摄对应视角上的所述三维场景的图像；
将每张图像相同位置的像素点集合形成正交投影图像，所述正交投影图像为所述三维场景在对应视角上的子图。
6.一种全息投影装置，其特征在于，包括：
采集单元，用于采集三维场景的至少一张子图；
获取单元，用于采用高斯-赛德尔GS迭代获取每张子图的子全息图；并根据每张子图的子全息图，获取所述三维场景的相位全息图；
重建单元，用于按照所述相位全息图进行全息投影，重建所述三维场景。
7.根据权利要求6所述的全息投影装置，其特征在于，所述获取单元具体用于：
获取每张子图的原始光场复振幅分布；
对每张子图的所述原始光场复振幅分布进行傅里叶变换，得到每张子图全息面的光场复振幅分布；
对每张子图的全息面的光场复振幅分布的相位因子进行逆傅里叶变换，得到每张子图在成像面上的光场复振幅分布；
采用每张子图的原始灰阶对应替换每张子图在成像面上的光场复振幅分布的振幅因子，得到每张子图在成像面的新的光场复振幅分布；
对每张子图在成像面的新的光场复振幅分布进行傅里叶变换，再次得到每张子图在全息面的光场复振幅分布；
重复执行对每张子图的全息面的光场复振幅分布的相位因子进行逆傅里叶变换，得到每张子图在成像面上的光场复振幅分布至对每张子图在成像面的新的光场复振幅分布进行傅里叶变换，再次得到每张子图在全息面的光场复振幅分布的步骤，直至第N次得到每张子图在全息面的光场复振幅分布的相位因子与第N-1次得到对应的每张子图在全息面的光场复振幅分布的相位因子的差小于预设阈值；
获取第N次得到的每张子图在全息面的光场复振幅分布的相位因子，所述每张子图在全息面的光场复振幅分布的相位因子为每张子图对应的子全息图。
8.根据权利要求6或7所述的全息投影装置，其特征在于，所述获取单元具体用于：
采用公式(1)对每张子图的子全息图进行编码；
所述公式(1)为：
其中，表示每张子图的子全息图的角度值，表示经过相位编码后得到的每张子图对应的编码角度值；
根据每张子图对应的编码角度值，获取每张子图对应的相位子全息图；
根据每张子图的视角顺序，排列每张子图的所述相位子全息图，得到所述三维场景的相位全息图。
9.根据权利要求6或7所述的全息投影装置，其特征在于，所述采集单元具体用于：
根据不同的视角，设置至少一个相机，每个相机的相机传感器位于所述相机的镜头透镜的成像位置；
每个相机分别拍摄对应视角上的所述三维场景的图像，所述图像为所述三维场景在对应视角上的子图。
10.根据权利要求6或7所述的全息投影装置，其特征在于，所述采集单元具体用于：
根据不同的视角，设置至少一个相机，每个相机的相机传感器位于所述相机的镜头透镜的焦点位置；
每个相机分别拍摄对应视角上的所述三维场景的图像；
将每张图像相同位置的像素点集合形成正交投影图像，所述正交投影图像为所述三维场景在对应视角上的子图。
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