CN108983545A - 一种立体成像全息照相机 - Google Patents

一种立体成像全息照相机 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种立体成像全息照相机，它包括全息光源装置、感光板、微控制器、载物台、转动连杆、成像台和感光板转子，被摄物体放置于载物台上，物光束经过被摄物体后的反射光束与参考光束在感光板上干涉并形成全息影像；转动连杆为以载物台为中心旋转的杆状结构，其转动受控于微控制器；成像台套接在转动连杆的上方，用于放置全息光源装置和感光板；感光板转子位于感光板和成像台之间，受控于微控制器。本发明的实质性效果是：上述立体成像全息照相机以转动成像台或者被摄物体的方式采集被摄物体全方位的全息影像，并通过人眼的视觉暂留现象在正N棱柱的柱面上呈现被摄物体完成的立体全息影像。

Description

一种立体成像全息照相机
技术领域
本发明涉及光学成像系统领域，尤其涉及一种立体成像全息照相机。
背景技术
全息技术是利用干涉原理来记录并再现物体真实的三维图像的技术，该技术能够完整记录被摄物体反射或透射光波中的振幅和相位信息。全息摄影采用激光作为照明光源，并将光源发出的光分为两束，一束直接射向感光片，另一束经被摄物的反射后再射向感光片。两束光在感光片上叠加产生干涉，最后利用数字图像基本原理再现的全息图进行进一步处理，去除数字干扰，得到清晰的全息图像。全息成像的物象再现过程是利用光的衍射现象，全息图像并不能直接使用肉眼观看到被摄物体的影像，而是要用一束激光或单色光在接近参考光的方向入射，可以在适当的角度上观察到被照物的三维像。
中国专利申请公布号CN 104880934 A，申请公布日2015年09月02日，公开了提供一种全息照相方法及系统，其中，所述方法包括：相干光束入射至全息照相记录媒体上形成第一光束；所述第一光束经所述全息照相记录媒体入射至被照物体，并在被照物体表面反射后形成第二光束；所述第一光束和所述第二光束在所述全息照相记录媒体上干涉迭加形成干涉条纹，所述干涉条纹被记录于所述全息照相记录媒体上；将所述全息照相记录媒体利用紫外光进行定影，将定影后的全息照相记录媒体利用加热装置进行加热，以实现全息影像增强。但是，上述专利中的全息照相系统仅能对物光束的投射面进行全息照相，不能采集物光束投射面外的被摄物体的全息影像，因此需要设计一种能够采集被摄物体全方位的全息影像并且实现立体显像的全息照相机。
发明内容
本发明要解决的技术问题是如何设计一种能够采集被摄物体全方位的全息影像并且实现立体显像的全息照相机。
本发明为解决上述问题所采用的技术方案是：一种立体成像全息照相机，包括全息光源装置和感光板，该全息光源装置发射出的物光束和参考光束用于全息成像，还包括微控制器、载物台、转动连杆、成像台和感光板转子，被摄物体放置于载物台上或载物台外，物光束经过被摄物体后的反射光束与参考光束在感光板上干涉并形成全息影像；所述转动连杆为以载物台为中心旋转的杆状结构，其转动受控于微控制器；所述成像台套接在转动连杆的上方，用于放置全息光源装置和感光板，物光束沿着转动连杆方向照射到被摄物体并反射到感光板上，参考光束直接照射到感光板上，同时也可以通过光电转换转变为电信号保存于存储器上；所述感光板转子位于感光板和成像台之间，受控于微控制器，用于感光板的转动。通过设于转动连杆上的成像台，以转动成像台的方式采集被摄物体全方位的全息影像，从而避免了采集的视野盲角。
作为优选，该立体成像全息照相机还包括成像台位移装置，所述成像台位移装置位于转动连杆和成像台之间，用于成像台在转动连杆上的水平位移，并受控于微控制器。
作为优选，该立体成像全息照相机还包括载物台转子，所述载物台转子位于载物台的正上方，受控于微控制器，被摄物体固定在载物台转子上，微控制器通过载物台转子调整被摄物体的照射面。通过载物台转子转动被摄物体，并使得成像台静止，同样能达到采集被摄物体全方位的全息影像的效果。
作为优选，立体成像全息照相机还包括万向轮和隔振台；所述隔振台用于放置载物台并支撑转动连杆，用于在曝光过程中感光板的减震；所述万向轮位于转动连杆与隔振台之间，用于转动连杆在隔振台上转动。
作为优选，所述隔振台上设有若干条以载物台为中心的同心凹槽，凹槽宽度与万向轮尺寸配合，所述凹槽用于减震与调整成像距离。
作为优选，所述转动连杆包括转子和连杆，所述转子位于载物台中部，所述连杆套接在所述转子上。
作为优选，所述连杆远离转子的一侧的末端设有磁性固定件，所述磁性固定件与载物台产生的吸引力使得成像台更加平稳，用于在曝光过程中感光板的减震。
一种拍摄全息照片的拍摄方法，适用于权利要求7所述的一种立体成像全息照相机，包括以下步骤：
S1：将被摄物体固定在载物台转子上，设定被摄物体的拍摄面的数目为N，其中N≥2，开启全息光源装置，使得物光束照射到被摄物体上；
S2：微控制器通过控制成像台位移装置水平调节成像台的位置，使得物光束的反射光束与参考光束在感光板转子的上方汇聚；
S3：微控制器关闭全息光源装置，将感光板固定在感光板转子上，使得感光板的感光面与反射光束平行；
S4：微控制器控制感光板转子转动π/(N+1) rad，然后微控制器开启全息光源装置的物光束和参考光束，经过设定的曝光时间后，微控制器关闭全息光源装置的物光束和参考光束；
S5：重复步骤S4，直到感光板转过π rad，微控制器关闭全息光源装置并停止转动感光板。
作为优选，该立体成像全息照相机还包括投影装置，用于权利要求8制作的全息照片的立体影像再现，所述投影装置固定在载物台转子上，其转动受控于微控制器；所述投影装置在N=2时为平面幕布；在N≥3时为正N棱柱，棱柱的侧面用于再现被摄物体的设定角度的立体影像。
一种多角度立体显像的实现方法，适用于权利要求9所述的一种立体成像全息照相机，包括以下步骤：
S1：将投影装置固定在载物台转子上，微控制器通过控制成像台位移装置水平调节成像台的位置，使得经过特定参考光束照射全息照片后得到的实像成在正N棱柱的棱柱面上；
S2：微控制器控制全息光源装置的参考光术处于开启状态，并物光束处于关闭状态，将感光板固定在感光板转子上，使得感光板的感光面与反射光束平行；
S3：微控制器控制感光板转子转动π/(N+1) rad，微控制器同时控制载物台转子转动正N棱柱，使得全息照片的实像成在正N棱柱的一个棱柱面上；
S4：微控制器控制感光板转子继续转动π/(N+1) rad，微控制器同时载物台转子转动正N棱柱，使得全息照片的实像成在正N棱柱的相邻的下一个棱柱面上；
S5：按照步骤S3、S4依次转动，当感光板转子第N+1次转动时，微控制器控制感光板转子恢复到S2的状态，使得感光板的感光面与反射光束平行；
S6：设定从S3到S5为一个转动周期，周期时间设定为0.1s~0.4s，按照S3到S5的步骤重复进行。0.1s~0.4s为人眼的视觉暂留时间，各个面的全息影像通过0.1s~0.4s的周期出现在正N棱柱的固定面，使得人眼误以为各面影像固定在正N棱柱的相应面上，进而在正N棱柱的柱面上呈现被摄物体完成的立体全息影像。
本发明的实质性效果是：上述立体成像全息照相机以转动成像台或者被摄物体的方式采集被摄物体全方位的全息影像，并通过人眼的视觉暂留现象在正N棱柱的柱面上呈现被摄物体完成的立体全息影像。
附图说明
图1为本发明的立体成像全息照相机的结构示意图。
图2为本发明的立体成像全息照相机的电路框图。
图中：1、隔振台，2、载物台，3、转动连杆，4、载物台转子，5、成像台，6、成像台位移装置，7、全息光源装置，8、物光束，9、参考光束，10、感光板，11、感光板转子，12、万向轮，13、被摄物体，14、微控制器。
具体实施方式
下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步具体说明。
本发明为解决上述问题所采用的技术方案是：图1为本发明的立体成像全息照相机的结构示意图，该立体成像全息照相机包括全息光源装置7和感光板10，全息光源装置7包括激光光源、一个分束镜和两个扩束镜，激光光源可为：单纵模固体激光器、氦氖激光器、氩离子激光器、或氦镉激光器等具有10cm 以上相干长度的可见光激光器，该全息光源装置7发射出的物光束8和参考光束9用于全息成像。该立体成像全息照相机还包括微控制器14、载物台2、转动连杆3、成像台5、感光板转子11、成像台位移装置6、载物台转子4、万向轮12和隔振台1，被摄物体13放置于载物台2上，物光束8经过被摄物体13后的反射光束与参考光束9在感光板10上干涉并形成全息影像；转动连杆3为以载物台2为中心旋转的杆状结构，其转动受控于微控制器14，转动连杆3包括转子和连杆，转子位于载物台2中部，连杆套接在转子上，连杆远离转子的一侧的末端设有磁铁，磁铁与载物台2产生的吸引力使得成像台5更加平稳，用于在曝光过程中感光板10的减震；成像台5套接在转动连杆3的上方，用于放置全息光源装置7和感光板10，物光束8沿着转动连杆3方向照射到被摄物体13并反射到感光板10上，参考光束9直接照射到感光板10上；感光板转子11位于感光板10和成像台5之间，受控于微控制器14，用于感光板10的转动。通过设于转动连杆3上的成像台5，以转动成像台5的方式采集被摄物体13全方位的全息影像，从而避免了采集的视野盲角。成像台位移装置6位于转动连杆3和成像台5之间，用于成像台5在转动连杆3上的水平位移，并受控于微控制器14。载物台转子4位于载物台2的正上方，受控于微控制器14，被摄物体13固定在载物台转子4上，微控制器14通过载物台转子4调整被摄物体13的照射面。通过载物台转子4转动被摄物体13，并使得成像台5静止，同样能达到采集被摄物体13全方位的全息影像的效果。隔振台1用于放置载物台2并支撑转动连杆3，用于在曝光过程中感光板10的减震；万向轮12位于转动连杆3与隔振台1之间，用于转动连杆3在隔振台1上转动，万向轮12的车轮表面设有强力磁铁，该强力磁铁用于吸附隔振台1，隔振台1上设有若干条以载物台2为中心的同心凹槽，凹槽宽度与万向轮12尺寸配合，凹槽用于减震。
图2为本发明的立体成像全息照相机的电路框图，转动连杆3、载物台转子4、成像台移动装置、感光板转子11以及物光束8和参考光束9均受控于微控制器14，通过微控制器14的控制，通过单独转动成像台5、单独转动被摄物体13或者二者配合转动的方式，采集到被摄物体13全方位的全息影像，从而避免了全息影像的盲角。
一种拍摄全息照片的拍摄方法，适用于上述立体成像全息照相机，包括以下步骤：
S1：将被摄物体固定在载物台转子上，设定被摄物体的拍摄面的数目为N，其中N≥2，开启全息光源装置，使得物光束照射到被摄物体上；
S2：微控制器通过控制成像台位移装置水平调节成像台的位置，使得物光束的反射光束与参考光束在感光板转子的上方汇聚；
S3：微控制器关闭全息光源装置，将感光板固定在感光板转子上，使得感光板的感光面与反射光束平行；
S4：微控制器控制感光板转子转动π/(N+1) rad，然后微控制器开启全息光源装置的物光束和参考光束，经过设定的曝光时间后，微控制器关闭全息光源装置的物光束和参考光束；
S5：重复步骤S4，直到感光板转过π rad，微控制器关闭全息光源装置并停止转动感光板。
该立体成像全息照相机还包括投影装置，用于前述全息照片的立体影像再现，投影装置固定在载物台转子上，其转动受控于微控制器；投影装置在N=2时为平面幕布；在N≥3时为正N棱柱，棱柱的侧面用于再现被摄物体的设定角度的立体影像。正N棱柱的柱面上还可以覆盖平面镜，这样获取的全息影像为虚像，通过肉眼可以观看到该虚像。投影装置还可以设为上下多段拼接的圆柱面，每一段圆柱面的直径通过微控制器进行设定，从而模拟成类似于被摄物体轮廓的不规则柱面，这样投射到该柱面上的全方位全息影像将更加逼真。
一种多角度立体显像的实现方法，适用于上述立体成像全息照相机，包括以下步骤：
S1：将投影装置固定在载物台转子上，微控制器通过控制成像台位移装置水平调节成像台的位置，使得经过特定参考光束照射全息照片后得到的实像成在正N棱柱的棱柱面上；
S2：微控制器控制全息光源装置的参考光术处于开启状态，并物光束处于关闭状态，将感光板固定在感光板转子上，使得感光板的感光面与反射光束平行；
S3：微控制器控制感光板转子转动π/(N+1) rad，微控制器同时控制载物台转子转动正N棱柱，使得全息照片的实像成在正N棱柱的一个棱柱面上；
S4：微控制器控制感光板转子继续转动π/(N+1) rad，微控制器同时载物台转子转动正N棱柱，使得全息照片的实像成在正N棱柱的相邻的下一个棱柱面上；
S5：按照步骤S3、S4依次转动，当感光板转子第N+1次转动时，微控制器控制感光板转子恢复到S2的状态，使得感光板的感光面与反射光束平行；
S6：设定从S3到S5为一个转动周期，周期时间设定为0.1s~0.4s，按照S3到S5的步骤重复进行。0.1s~0.4s为人眼的视觉暂留时间，各个面的全息影像通过0.1s~0.4s的周期出现在正N棱柱的固定面，使得人眼误以为各面影像固定在正N棱柱的相应面上，进而在正N棱柱的柱面上呈现被摄物体完成的立体全息影像。当N足够大时，正N棱柱将趋近于圆筒状，此时成像将最为逼真。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (10)

1.一种立体成像全息照相机，包括全息光源装置和感光板，该全息光源装置发射出的物光束和参考光束用于全息成像，其特征在于，还包括微控制器、载物台、转动连杆、成像台和感光板转子，被摄物体放置于载物台上或载物台外，物光束经过被摄物体后的反射光束与参考光束在感光板上干涉并形成全息影像；
所述转动连杆为以载物台为中心旋转的杆状结构，其转动受控于微控制器；
所述成像台套接在转动连杆的上方，用于放置全息光源装置和感光板，物光束沿着转动连杆方向照射到被摄物体并反射到感光板上，参考光束直接照射到感光板上，同时也可以通过光电转换转变为电信号保存于存储器上；
所述感光板转子位于感光板和成像台之间，受控于微控制器，用于感光板的转动。
2.根据权利要求1所述的一种立体成像全息照相机，其特征在于，还包括成像台位移装置，所述成像台位移装置位于转动连杆和成像台之间，用于成像台在转动连杆上的水平位移，并受控于微控制器。
3.根据权利要求1或2所述的一种立体成像全息照相机，其特征在于，还包括载物台转子，所述载物台转子位于载物台的正上方，受控于微控制器，被摄物体固定在载物台转子上，微控制器通过载物台转子调整被摄物体的照射面。
4.根据权利要求3所述的一种立体成像全息照相机，其特征在于，还包括万向轮和隔振台；
所述隔振台用于放置载物台并支撑转动连杆，用于在曝光过程中感光板的减震；
所述万向轮位于转动连杆与隔振台之间，用于转动连杆在隔振台上转动。
5.根据权利要求4所述的一种立体成像全息照相机，其特征在于，所述隔振台上设有若干条以载物台为中心的同心凹槽，凹槽宽度与万向轮尺寸配合，所述凹槽用于减震与调整成像距离。
6.根据权利要求1或4或5所述的一种立体成像全息照相机，其特征在于，所述转动连杆包括转子和连杆，所述转子位于载物台中部，所述连杆套接在所述转子上。
7.根据权利要求6所述的一种立体成像全息照相机，其特征在于，所述连杆远离转子的一侧的末端设有磁性固定件，所述磁性固定件与载物台产生的吸引力使得成像台更加平稳，用于在曝光过程中感光板的减震。
8.一种拍摄全息照片的拍摄方法，适用于权利要求7所述的一种立体成像全息照相机，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将被摄物体固定在载物台转子上，设定被摄物体的拍摄面的数目为N，其中N≥2，开启全息光源装置，使得物光束照射到被摄物体上；
S2：微控制器通过控制成像台位移装置水平调节成像台的位置，使得物光束的反射光束与参考光束在感光板转子的上方汇聚；
S3：微控制器关闭全息光源装置，将感光板固定在感光板转子上，使得感光板的感光面与反射光束平行；
S4：微控制器控制感光板转子转动π/(N+1) rad，然后微控制器开启全息光源装置的物光束和参考光束，经过设定的曝光时间后，微控制器关闭全息光源装置的物光束和参考光束；
S5：重复步骤S4，直到感光板转过π rad，微控制器关闭全息光源装置并停止转动感光板。
9.根据权利要求8所述的一种立体成像全息照相机，其特征在于，还包括投影装置，用于权利要求8制作的全息照片的立体影像再现，所述投影装置固定在载物台转子上，其转动受控于微控制器；
所述投影装置在N=2时为平面幕布；在N≥3时为正N棱柱，棱柱的侧面用于再现被摄物体的设定角度的立体影像。
10.一种多角度立体显像的实现方法，适用于权利要求9所述的一种立体成像全息照相机，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将投影装置固定在载物台转子上，微控制器通过控制成像台位移装置水平调节成像台的位置，使得经过特定参考光束照射全息照片后得到的实像成在正N棱柱的棱柱面上；
S2：微控制器控制全息光源装置的参考光术处于开启状态，并物光束处于关闭状态，将感光板固定在感光板转子上，使得感光板的感光面与反射光束平行；
S3：微控制器控制感光板转子转动π/(N+1) rad，微控制器同时控制载物台转子转动正N棱柱，使得全息照片的实像成在正N棱柱的一个棱柱面上；
S4：微控制器控制感光板转子继续转动π/(N+1) rad，微控制器同时载物台转子转动正N棱柱，使得全息照片的实像成在正N棱柱的相邻的下一个棱柱面上；
S5：按照步骤S3、S4依次转动，当感光板转子第N+1次转动时，微控制器控制感光板转子恢复到S2的状态，即使得感光板的感光面与反射光束平行；
S6：设定从S3到S5为一个转动周期，周期时间设定为0.1s~0.4s，按照S3到S5的步骤重复进行。
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CN111728595A (zh) * 2020-08-07 2020-10-02 深圳市中凯业科技有限公司 一种基于5g通信技术用于医疗检查的全息影像设备
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