CN109901371A - 一种全息成像系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种全息成像系统和方法，该成像系统包括场景扫描装置和场景投影装置；场景扫描装置包括图像处理单元、主扫描仪和多个辅助扫描仪，场景投影装置包括容积体像拆分装置以及多个容积体像投影仪；通过场景扫描装置将一场景中的全部物体信息扫描形成全息3维模型，发送给场景投影装置；所述场景投影装置将该3维模型在另一场景的空间中通过容积体像投影显现出来，使得观察者无需佩戴任何视觉设备即能观看成像效果。而且场景中的多个静态和/或动态物体的3D模型都能在远端场景中以容积体像的方式进行显示。

Description

一种全息成像系统和方法

技术领域

本发明涉及虚拟成像技术领域，具体涉及一种全息成像系统和方法。

背景技术

众多科幻影片给人们展示了为数众多的全息投影效果，通过这些科幻电影、电视剧的启发，人类也制造了不同的全息3维影像系统，并真正的用在了生产和生活中。场景的全息扫描和投影能让人们置身于远方的真实环境中，不但在多媒体娱乐上给人带来感官的提升，而且还能被广泛应用在旅游、教育、办公、购物、刑侦等领域。

现有技术能实现扫描一个物体的全息模型，并在一个特定的介质(或显示器)中显示出来，或者是观看者需要穿戴特殊的视觉设备，例如VR、AR眼镜，才能看到物体的全貌。但是至今为止，人类还没有把一个真实地点的全息影像投射到另一个真实空间中，让处于被投影空间的观察者无需穿戴任何设备即能感受到被扫描空间的真实场景。

发明内容

本发明的目的是提供一种全息成像系统和方法，将扫描的场景中的所有物体的全息3维模型，通过投影装置在投影空间中呈现物体的容积体像，使观看者不需要穿戴任何视觉设备，通过肉眼便可直接观看。

为解决上述问题，本发明的第一方面提供了一种全息成像系统，包括：场景扫描装置和场景投影装置；

所述场景扫描装置包括图像处理单元、主扫描仪和多个辅助扫描仪；所述图像处理单元连接所述主扫描仪和辅助扫描仪，并控制所述主扫描仪和辅助扫描仪的开启或关闭以及扫描的开始或停止；所述图像处理单元接收所述主扫描仪和辅助扫描仪扫描的图像信息，将所述图像信息处理形成完整的第一3维模型并传输至所述场景投影装置；

所述场景投影装置包括容积体像拆分装置以及多个容积体像投影仪；所述容积体像拆分装置将接收到的第一3维模型拆分为多个第二3维模型并发送至对应的容积体像投影仪，所述多个容积体像投影仪投影显示所述第二3维模型。

进一步的，所述主扫描仪接收所述图像处理单元的指令，根据指令对场景中的物体进行扫描，并将扫描的图像信息传输给所述图像处理单元。

进一步的，所述主扫描仪位于所述场景的中心顶端，包括第一集成电路板和多个3D扫描仪，所述多个3D扫描仪连接到所述第一集成电路板；

所述第一集成电路板接收所述图像处理单元的指令信息以控制所述多个3D扫描仪的开启或关闭以及扫描的开始或停止；

每个3D扫描仪包括第二集成电路板、摄像头、深度扫描仪和红外扫描仪，用于扫描场景内的图像，所述图像包括普通图像、深度图像和红外图像，所述第二集成电路板对所述图像进行处理后形成第一图像信息，并将第一图像信息发送至所述图像处理单元。

进一步的，所述第一图像信息包括场景内不同物体的类型、编号、表面外形和坐标，所述坐标以主扫描仪的位置为坐标原点；

所述物体包括人体、非人动态物体、非人静态物体和场景边界。

进一步的，所述多个辅助扫描仪位于所述主扫描仪的四周，每个辅助扫描仪包括一个3D扫描仪；

每个3D扫描仪包括第三集成电路板、摄像头、深度扫描仪和红外扫描仪，根据所述图像处理单元分配的对应物体扫描任务以扫描场景内该物体的图像，所述图像包括普通图像、深度图像和红外图像；所述第三集成电路板接收所述图像处理单元的指令以控制所述摄像头、深度扫描仪和红外扫描仪扫描物体的图像，对所述图像进行处理后形成第二图像信息，并将所述第二图像信息发送至所述图像处理单元。

进一步的，所述第二图像信息包括物体的编号、表面外形、表面颜色和实时坐标。

进一步的，所述图像处理单元接收所述主扫描仪传输的第一图像信息；根据所述第一图像信息中的物体的坐标信息分配对应的辅助扫描仪对相应的物体进行详细扫描，得到所述第二图像信息；所述图像处理单元将所述第二图像信息中的物体的表面外形转换成3维模型、将物体的表面颜色转换成贴图、并附着坐标信息，对具有同样编号的物体的3维模型和贴图进行拼接，形成该物体的完整3维模型。

进一步的，每个所述容积体像投影仪包括容积体像投影控制装置、粒子发射装置、光泳陷阱控制装置和粒子上色装置；

所述粒子发射装置用于在光泳陷阱中无粒子时将粒子发射至所述光泳陷阱中；

所述光泳陷阱控制装置用于控制光泳陷阱的位置进而控制粒子的运动轨迹；

所述粒子上色装置用于给光泳陷阱中的粒子上色；

所述容积体像投影控制装置连接和控制所述粒子发射装置、光泳陷阱控制装置和粒子上色装置，并存储所述光泳陷阱的坐标信息。

进一步的，所述容积体像拆分装置将接收到的第一3D模型根据所述容积体像投影仪的数量和坐标拆分成对应的多个体积相等的第二3D模型，并发送给对应的容积体像投影仪。

进一步的，所述粒子发射装置包括粒子储存仓、粒子发射器和转向控制台；

所述粒子发射装置接收所述容积体像投影控制装置发射粒子的信号后，对准所述光泳陷阱的初始位置发射粒子。

进一步的，所述光泳陷阱控制装置包括两个激光发射器；

所述光泳陷阱控制装置接收所述容积体像投影控制装置发出的信号后，通过控制两个激光头的功率和位置以控制光泳陷阱的位置。

进一步的，所述粒子上色装置包括彩色激光发射器。

进一步的，所述粒子上色装置还包括激光反射感应器，用于判断光泳陷阱中是否有粒子。

本发明的第二方面提供了一种全息成像方法，采用如前任一项所述的全息成像系统进行成像，包括如下步骤：

依次启动所述主扫描仪和辅助扫描仪；

主扫描仪对场景进行初步扫描和处理，得到第一图像信息；

辅助扫描仪根据第一图像信息对相应的物体进行精确扫描和处理，得到第二图像信息；

图像处理单元根据所述第二图像信息建立完整的第一3维模型并发送至所述容积体像拆分装置；

所述容积体像拆分装置将接收到的第一3维模型拆分为多个第二3维模型并发送至对应的容积体像投影仪；

多个所述容积体像投影仪投影显示对应的所述第二3维模型。

进一步的，所述图像处理单元控制开启所述主扫描仪和辅助扫描仪，并控制所述主扫描仪和辅助扫描仪进行扫描。

进一步的，所述第一图像信息包括场景内不同物体的类型、编号、表面外形和坐标，所述坐标以主扫描仪的位置为坐标原点；所述第二图像信息包括物体的编号、表面外形、表面颜色和实时坐标。

进一步的，所述图像处理单元接收所述主扫描仪传输的第一图像信息；

根据所述第一图像信息中的物体的坐标信息分配对应的辅助扫描仪对相应的物体进行精确扫描，得到所述第二图像信息；

所述图像处理单元根据所述第二图像信息建立场景内物体的将所述第二图像信息中的物体的表面外形转换成3维模型、将物体的表面颜色转换成贴图、并附着坐标信息，对具有同样编号的物体的3维模型和贴图进行拼接，形成所有物体的完整的第一3维模型，并将其传输至所述容积体像拆分装置。

进一步的，所述容积体像拆分装置将接收到的第一3维模型拆分为多个第二3维模型并发送至对应的容积体像投影仪的步骤包括：

获取与所述容积体像拆分装置连接的容积体像投影仪中容积体像投影控制装置的数量和坐标；

根据所述数量和坐标将第一3维模型拆分为对应的体积大小相等的多个第二3维模型，发送至对应的所述容积体像投影控制装置。

进一步的，所述多个容积体像投影仪投影显示对应的所述第二3维模型的步骤包括：

每个容积体像投影仪中的容积体像投影控制装置计算对应的第二3维模型表面的所有点在场景中的坐标；

记录所述所有点的颜色；

将所有点的坐标和颜色进行一一匹配，形成数据包{x,y,z,r,g,b,a}，其中x，y，z表示坐标值，r，g，b，a表示颜色；

将所述数据包发送至光泳陷阱控制装置和粒子上色装置；

所述光泳陷阱控制装置根据所有点的坐标控制光泳陷阱在场景中的坐标进而控制粒子的运动轨迹；

所述粒子上色装置根据所有点的坐标和颜色发射相应颜色和位置的激光束。

进一步的，在将所述数据包发送至光泳陷阱控制装置和粒子上色装置的步骤之后，还包括判断光泳陷阱中是否有粒子的步骤；

如果是，则继续执行后面的步骤；

如果否，则控制粒子发射装置向光泳陷阱的位置处发射粒子，然后继续执行后面的步骤。

综上所述，本发明提供了一种全息成像系统和方法，该成像系统包括场景扫描装置和场景投影装置；场景扫描装置包括图像处理单元、主扫描仪和多个辅助扫描仪，场景投影装置包括容积体像拆分装置以及多个容积体像投影仪；通过场景扫描装置将一场景中的全部物体信息扫描形成全息3维模型，发送给场景投影装置；所述场景投影装置将该3维模型在另一场景的空间中通过容积体像投影显现出来，使得观察者无需佩戴任何视觉设备即能观看成像效果。而且场景中的多个静态和/或动态物体的3D模型都能在远端场景中以容积体像的方式进行显示。

附图说明

图1(a)是本发明的全息成像系统的立体结构示意图；图1(b)是本发明的全息成像系统的俯视图；

图2(a)是本发明的主扫描仪的立体结构示意图；图2(b)是主扫描仪的俯视图；

图3(a)是主扫描仪上的3D扫描仪的正视图；图3(b)是主扫描仪上的3D扫描仪的后视图；图3(c)是主扫描仪上的3D扫描仪的内部结构示意图；图3(d)是主扫描仪上的3D扫描仪红外拍摄示意图；

图4(a)是辅助3D扫描仪的立体结构示意图；图4(b)是辅助3D扫描仪的内部结构示意图；图4(c)是辅助3D扫描仪的透视图；

图5(a)是辅助3D扫描仪上的XZ平面转动控制器的立体结构示意图；图5(b)是辅助3D扫描仪上的XZ平面转动控制器的内部结构示意图；图5(c)是辅助3D扫描仪上的YZ平面转动控制器的立体结构示意图；图5(d)是辅助3D扫描仪上的连接杆的立体结构示意图；

图6是本发明的光泳陷阱投影系统的立体结构示意图；

图7是本发明的容积体像投影仪的立体结构示意图；

图8是本发明的粒子发射装置的立体结构示意图；

图9是粒子发射装置的粒子储存仓的立体结构示意图；

图10(a)是粒子发射装置的粒子发射器的立体结构示意图；图10(b)是粒子发射器的内部结构示意图；

图11是粒子发射装置的旋转控制台的结构示意图；

图12是光泳陷阱控制装置的结构示意图；

图13(a)是光泳陷阱控制装置的光泳陷阱激光发射器的立体结构示意图；图13(b)是光泳陷阱激光发射器的内部结构示意图；

图14(a)是粒子上色装置的立体结构示意图；图14(b)是粒子上色装置的内部结构示意图；

图15是本发明的全息成像方法的具体流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

技术术语解释：

现实场景叠加：在一个真实空间的场景中显示另一个真实空间场景中的全部物体的容积体像。

容积体像(Volume image)：在真实空间中呈现一个物体的“悬浮”虚像，这个虚像能呈现物体大部分表面的形状和颜色。

光泳现象：悬浮于空气中的微小粒子(5微米左右)，在受到强光照射的时候，会向光线弱的一个方向移动，微小粒子受到的重力通常远小于光泳力。

光泳陷阱(Optical trap)：当两束或以上强光聚焦在空间中的一个位置时，该位置上所受到的光泳力对称，使得在该位置的微小粒子无法向任何方向移动，形成一个“陷阱”，把粒子锁定在空间中的这个位置上。

3D扫描仪(3维扫描仪)：通过红外发感应器、深度感应器和高清摄像头组成的仪器。红外感应器用来识别人体。深度感应器用来侦测物体的表面，进而形成物体在面对扫描仪这个面上的3D模型。高清摄像头用来拍摄物体表面的颜色信息，最终形成3D模型的贴图。

3D模型：通过多边形在计算机中表达物体外形的一种形式。

贴图：对3D模型表面的多边形附着材质或纹理等图片，即给3D模型上色的一种手段。

激光斑：又称为激光散斑。是指激光照射到粗糙物体表面或者穿透半透明物体后得到的衍射斑点。激光散斑具有高度的三维空间随机性。

3维模型：(又称三维模型)三维模型是物体的多边形表示，通常用计算机或者其它视频设备进行显示。显示的物体可以是现实世界的实体，也可以是虚构的物体。任何物理自然界存在的东西都可以用三维模型表示。

多边形：数学用语，由三条或三条以上的线段首尾顺次连接所组成的平面图形叫做多边形。按照不同的标准，多边形可以分为正多边形和非正多边形、凸多边形及凹多边形等。

红外发射器：通过红外线发射管在一定范围内向外发射光线，从而达到控制信号的作用，广泛应用于消费电子、工业和通信等红外线接发器、数据传输技术等领域。

红外摄像机：在摄像机镜头和CCD之间加装了一个红外滤光镜，其作用就是让一定波段内的红外光通过，吸收或反射可见光和紫外线。

陀螺仪：陀螺仪是用高速回转体的动量矩敏感壳体相对惯性空间绕正交于自转轴的一个或二个轴的角运动检测装置。利用其他原理制成的角运动检测装置起同样功能的也称陀螺仪。

感光元器件：用来侦测反射回来的激光，通过反射回来的激光的角度和偏移量来计算激光发射器到达反射物体的距离。

RGB：三原色的缩写，Red、Green、Blue，每一个色值通过十六进制进行表示。

本发明的第一方面提供了一种全息成像系统，包括场景扫描装置和场景投影装置。

其中，场景扫描装置包括图像处理单元、主扫描仪和多个辅助扫描仪。图像处理单元通过数据线连接主扫描仪和辅助扫描仪，并控制主扫描仪和辅助扫描仪的开启或关闭以及扫描的开始或停止。图像处理单元接收主扫描仪和辅助扫描仪扫描的图像信息，将图像信息处理形成完整的第一3维模型并传输至场景投影装置。

场景投影装置包括容积体像拆分装置以及多个容积体像投影仪；容积体像拆分装置将接收到的第一3维模型拆分为多个第二3维模型并发送至对应的容积体像投影仪，多个容积体像投影仪投影显示所述第二3维模型；其中，第二3维模型的数量对应于容积体像投影仪的数量。

在一个具体的实施例中，如图1(a)和(b)所示，对全息成像系统100进一步详细描述。该全息成像系统由两个主要部分构成：场景扫描装置和场景投影装置。图1示例性的显示了空间为矩形的场景A，但在实际应用中，场景A可以是任意形状的。主扫描仪120位于场景A的中心顶端，4个辅助扫描仪130位于矩形场景A的四个顶点处，位于主扫描仪120的四周。辅助扫描仪130的个数不限于4个，可以根据场景的形状设置任意数量，以便全方位扫描场景中的物体。场景A中天花板和地板上的黑点表示基于“光泳陷阱”的场景投影装置140。场景A物体150表示场景A中的真人，场景B物体160和场景B物体170表示远端场景B中的人和物在本场景A中所投影的“容积体像”。主扫描仪120和辅助扫描仪130被连接到图像处理装置110。

图像处理装置110主要用来：1)控制主扫描仪120和辅助扫描仪130；2)控制主扫描仪120对场景内所有物体进行初步扫描，获取所有物体的坐标和特性；3)控制辅助扫描仪130对场景内的所有物体进行精确扫描；4)将辅助扫描仪130获得的图像拼接成物体的全息3D模型。

具体的，图2(a)和(b)示例性的示出主扫描仪200由5个3D扫描仪210构成，主扫描仪200的外壳220是一个立方体，其中5个面每一个面都有一个3D扫描仪210，第六个面上有固定装置230，固定装置230上设置有安装孔231、数据线孔232和XZ平面旋转控制器233，主扫描仪通过固定装置230固定在被扫描的场景中(图1示例性的场景400为矩形空间)的天花板上。本发明主扫描仪上的3D扫描仪的个数不限于此，可根据需要设置在多面体的多个面上。3D扫描仪把从各个方位扫描到的普通照片、红外照片和深度照片发送给图像处理装置。

如图2(b)所示，主扫描仪200上的5个3D扫描仪通过数据线经3维扫描仪信号输入口241连接到第一集成电路板240上。该第一集成电路板240包括图形处理器242、中央处理器243、运行内存244、显示内存245、硬盘246、总信号连接口247以及电源管理芯片248。第一集成电路板的功能、各部件的功效和作用如下：

该图形处理器242在读取到显示内存245中保存的图形数据后进行运算，将图形数据渲染成3D模型，同时计算出模型的特征数据，然后将模型的特征数据传送给中央处理器243。中央处理器243得到模型特征数据后，将多个模型特征数据进行对比，判断其中有无可以拼接在一起的模型。若有，则进行拼接，并将拼接的结果存放在硬盘246上。该中央处理器243主要是处理逻辑数据，通过模型特征数据对模型进行拼接、控制5个3D扫描仪进行扫描。运行内存244用于临时储存中央处理器243将要处理的数据。显示内存245将对应的3D扫描仪捕获的图像信息进行临时存储，每一个3D扫描仪都对应一组显示内存。硬盘246用于储存合并好的3维模型。图像处理单元通过总信号连接口247与第一集成电路板相连，并通过这个接口向第一集成电路板传输扫描命令。第一集成电路板也通过这个接口向图像处理单元发送合并好的模型，以及模型在场地内的坐标。总信号线连接口247接受到从图像处理单元100发来扫描信号以后，将数据通过电路板上的扫描仪信号输入口241发送给各个扫描仪。通过电路板上的3D扫描仪通过扫描仪信号输入口241将所获得的图像信息传送给第一集成电路板。第一集成电路板获得了来自3D扫描仪的信息后，将每一路信息存入一组显示内存245中(每个3D扫描仪在第一集成电路板上都有一组对应的显示内存245和一个图形处理器242)。电源管理芯片248连接电源适配器，将所获得的电力分配到第一集成电路板的各个元器件上。整块电路板的供电通过电源管理芯片248所连接的电源所提供。电路板获得电量后，将电力通过电路分配给电路板上的各个元器件。

该第一集成电路板240通过图形处理器242来将3D扫描仪获得的图像转换为3D模型；通过显示内存245存储3D模型；通过中央处理器243控制各个3D扫描仪，以及将转换好的3D模型传输出去。该主扫描仪200还包括电源250，分别为3D扫描仪210和第一集成电路板240供电，并由电源管理芯片248进行电源管理。该第一集成电路板240主要用来：根据图像处理单元100的指令：1)启动和关闭5个3D扫描仪210；2)控制3D扫描仪扫描场景内的所有物体的图像并转换为3D模型；3)通过内存存储3D模型；4)将3D模型传输给图像处理单元100。

主扫描仪200上的5个3D扫描仪210结构一致。如图3(a)、(b)、(c)、(d)所示，包括外壳211、一个高清摄像头212(RGB彩色图像摄像镜头)、两个红外摄像机213、两个红外发射器214和第二集成电路板217，如图3(a)、3(c)所示。3D扫描仪210可通过数据线与主扫描仪200的第一集成电路板240相连，数据线接口215和电源线接口216设置在扫描仪的背部，如图3(b)所示。如图3(c)所示，高清摄像头212包括依次排列的透光镜2121、两个成像透镜2122、滤光镜2123和成像芯片2124。高清摄像头的两个透镜将场景内物体发出的光线投到成像芯片上，成像芯片和透镜之间有一个滤光镜，滤光镜将红外线和紫外线过滤掉。成像芯片再获得来自透镜的光线后，将芯片上的感光元器件所转译的电信号转换为红、绿、黄的色值，并通过数据线传递给第二集成电路板。每个红外发射器214包括依次排列的透光镜2141、凸透镜2142和激光发射器2143。红外发射器中的激光发射器2143每秒钟发出12次到60次激光，激光通过凸透镜后产生散射，散射后的激光在空间中形成激光散斑。每个红外摄像机213包括依次排列的透光镜2131、两个成像透镜2132、滤光镜2133、红外探测器2134和红外成像芯片2135。红外发射器214所发出的激光散斑被红外摄像机213拍摄到以后，激光散斑通过透光镜和成像透镜以后，紫外线被滤光镜2122过滤，最终激光散斑投射在红外成像芯片。该第二集成电路板217包括陀螺仪2171、成像运算处理器2172、中央处理器2173和运行内存2174。上述高清摄像头212、两个红外摄像机213、两个红外发射器214、电源线接口216和数据线接口215都通过数据线和该第二集成电路板217连接。图3(d)示出了3D扫描仪发射红外激光散斑拍摄红外图像的示意图，其中，红外发射器和红外摄像机构成了3D扫描仪的深度成像功能。红外发射器对场地内的物体发出密度和频率都很高激光斑，红外摄像机拍摄到这些激光斑后，通过“光编码”的方式得出场地内物体的距离和深度。

上述3D扫描仪的精度能识别体积大于3立方毫米的物体。

上述主扫描仪200主要用于：1)识别场景内有多少物体；2)识别人体；3)对识别出来的人体和物体进行锁定(添加编号，每个物体的编号为其唯一标识符)。主扫描仪200扫描的图像经第一集成电路板240处理形成第一图像信息，并将其传输至图像处理单元100。该第一图像信息包括场景内不同物体的类型、编号、表面外形和坐标。所述物体的类型包括人体、非人动态物体、非人静态物体和场景边界；场景边界进一步包括墙体、地面等；该坐标以主扫描仪的位置为坐标原点。

N个辅助扫描仪300位于主扫描仪200的四周，图1示例性的示出了4个辅助扫描仪设置于主扫描仪的四周。每个辅助扫描仪300包括一个3D扫描仪310。该辅助扫描仪300的3D扫描仪310与主扫描仪200中的3D扫描仪210结构完全一样，仅仅是每个3D扫描仪310都连接有XZ平面转动控制器和YZ平面转动控制器，如图4(a)、4(b)和4(c)所示。辅助3D扫描仪310包括外壳311、一个高清摄像头312(RGB彩色图像摄像镜头)、两个红外摄像机313、两个红外发射器314和第三集成电路板317，还包括XZ平面转动控制器315和YZ平面转动控制器316；XZ平面转动控制器和YZ平面转动控制器通过连接杆318相连。XZ平面转动控制器315的外壳上开有两个固定孔3151和信号线及电源线孔3152。辅助3D扫描仪310可通过数据线与图像处理单元100相连。

如图4(b)所示，高清摄像头312包括依次排列的透光镜3121、两个成像透镜3122、滤光镜3123和成像芯片3124；每个红外发射器314包括依次排列的透光镜3141、凸透镜3142和激光发射器3143；每个红外摄像机313包括依次排列的透光镜3131、两个成像透镜3132、滤光镜3133、红外探测器3134和红外成像芯片3135；该第三集成电路板317包括陀螺仪3171、成像运算处理器3172、中央处理器3173和运行内存3174。上述高清摄像头312、两个红外摄像机313、两个红外发射器314都通过数据线和该第三集成电路板317连接。电源线319和数据线320连接到YZ平面转动控制器316；YZ平面转动控制器316包括转向控制电路3161。

图4(c)示出了辅助3D扫描仪的透视图。在内部结构上，辅助3D扫描仪310的第三集成电路板317连接YZ平面转动控制器316，并且通过第三集成电路板317上的中央处理器3173和陀螺仪3171来控制辅助3D扫描仪的转动。输入和输出信号都通过YZ平面转动控制器316引入的数据线320进行传输。中央处理器3173将转向信号发送给YZ平面转动控制器316和XY平面转动控制器315中的转向控制电路。转向控制电路接收到转向信号以后，控制电机进行转向。

图5(a)示出了XZ平面转动控制器的立体结构图，图5(b)示出了XZ平面转动控制器的俯视剖面图，图5(c)示出了YZ平面转动控制器的立体结构图，图5(d)示出了连接杆的立体结构图。如图5(a)和5(b)所示，XZ平面转动控制器315的外壳上开有固定孔3151和信号线及电源线孔3152，通过该固定孔3151将辅助扫描仪固定在相应位置，信号线及电源线孔3152供信号线和电源线穿过，以连接图像处理单元。该XZ平面转动控制器315包括转动控制电路3153、与转动控制电路3153连接的传动杆3154、通过传动皮带3155与传动杆3154连接的转动电机3156，所述传动杆3154上开有控制电路输出孔31541、电源线孔31542和信号线孔31543，以供各种电线穿过。当XZ平面转动控制器315中的转动控制电路3153接收到转向信号后，转动控制电路将转动信息(方向、角度)转换为电信号(电流方向、通电时长)，通过控制转动电机3156的通电方向和通电时间来实现转动。转动电机3156带动转动皮带3155，将转动的方向和时间传递给传动杆3154，让传动杆发生相应方向和相应时长的转动。如图5(c)所示，YZ平面转动控制器316上开有,纵向连接臂连接口3161以连接纵向连接臂，同时供信号线及电源线穿过。该YZ平面转动控制器316包括转动控制电路3163、与转动控制电路3163连接的传动杆3164、通过传动皮带3165与传动杆3164连接的转动电机3166，所述传动杆3164上开有控制电路输出孔31641、电源线孔31642和信号线孔31643，以供各种电线穿过。当YZ平面转动控制器316中的转动控制电路3163接收到转向信号后，转动控制电路将转动信息(方向、角度)转换为电信号(电流方向、通电时长)，通过控制转动电机3166带动转动皮带3165，将转动的方向和时间传递给传动杆3154，让传动杆发生相应方向和相应时长的转动。如图5(d)所示，连接杆318包括横向连接臂3181、纵向连接臂3182和传动杆连接口3183；连接杆318是横向连接臂3181、纵向连接臂3182垂直相连的空心金属杆，金属杆中放置有信号线和电源线。横向连接臂3181通过传动杆连接口3183与XZ平面转动控制器315的传动杆3154连接；纵向连接臂3182通过YZ平面转动控制器316的纵向连接臂连接口3161连接YZ平面转动控制器316。

图像处理单元将物体的坐标位置传输给辅助扫描仪，辅助扫描仪接收到图像处理单元传来的位置信号以后，第三集成电路板控制XZ平面转动控制器和YZ平面转动控制器转动，开始对准指定物体进行扫描，部分辅助扫描仪的摄像头或者全部辅助扫描仪的摄像头都对准该位置，然后并拍下该物体多个方位的影像。拍下的图像经过处理形成第二图像信息并被传输给图像处理单元。第二图像信息包括物体的编号、表面外形、表面颜色和实时坐标。图像处理单元将第二图像信息中的物体的表面外形转换成3维模型、将物体的表面颜色转换成贴图、并附着坐标信息，对具有同样编号的物体的3维模型和贴图进行拼接，形成该物体的完整3维模型。

如上所述，主扫描仪的5个3D扫描仪与4个辅助扫描仪的3D扫描仪的结构和功能基本一致，但是扫描目标有区别。辅助扫描仪主要是把主扫描仪初步识别的物体逐个进行精确扫描。辅助扫描仪扫描完一个物体后，通知图像处理单元，图像处理单元接到通知后，将下一个需要扫描的物体发送给辅助扫描仪。辅助扫描仪接到指令后，开始扫描下一个物体。当场景内物体都扫描完毕后，图像处理单元发送指令给辅助扫描仪重新扫描场景内的第一个物体，如此循环。

综上为本发明的场景扫描装置的详细描述。

场景投影装置在具体的实施例中，采用光泳陷阱投影来实现，为光泳陷阱投影系统，包括容积体像拆分装置以及多个容积体像投影仪；所述容积体像拆分装置将接收到的完整第一3维模型拆分为多个第二3维模型并发送至对应的容积体像投影仪，多个容积体像投影仪投影显示第二3维模型；其中，第二3维模型的数量对应于容积体像投影仪的数量。

具体的，一种光泳陷阱投影系统，如图6所示，包括：容积体像拆分装置1和多个容积体像投影仪2；该容积体像拆分装置将第一3D模型拆分为多个第二3D模型，并发送给对应的容积体像投影仪2；容积体像投影仪2将接收的第二3D模型投影在其所在的空间中。具体的，容积体像拆分装置1将接收到的一个物体的第一3D模型根据容积体像投影仪2的数量和坐标拆分成对应的多个体积相等的第二3D模型，并发送给对应的容积体像投影仪2。容积体像拆分装置1通过数据线与多个容积体像投影仪2相连接，第二3D模型将会被以数据包的形式分发给每一个相连的容积体像投影仪2。连接到容积体像拆分装置1的容积体像投影仪2组成了一个容积体像投影仪矩阵。如图1所示，多个容积体像投影仪2排列成矩阵型(图中的长方体仅表示容积体像投影仪所占的空间体积，容积体像投影仪不存在一个透明的、矩形的外壳)。

如图7所示，每个容积体像投影仪2包括容积体像投影控制装置700、粒子发射装置400、光泳陷阱控制装置500和粒子上色装置600。粒子发射装置400用于在光泳陷阱中无粒子时将粒子发射至光泳陷阱中；光泳陷阱控制装置500用于控制光泳陷阱的位置进而控制粒子的运动轨迹；粒子上色装置600用于给光泳陷阱中的粒子上色；容积体像投影控制装置700连接并控制该粒子发射装置400、光泳陷阱控制装置500和粒子上色装置600。

具体的，容积体像投影控制装置700通过数据线连接着一组光泳陷阱控制装置500(两个光泳陷阱激光发射器)、一个粒子上色装置600和一个粒子发射装置400。上述硬件相连形成一个容积体像投影仪2。容积体像投影仪2控制该组设备对接收的第二3D模型进行绘制(如图7所示)。

每个容积体像投影控制装置700保存了以下至少一种信息：光泳陷阱激光发射器在场地内的坐标、粒子上色装置在场地内的坐标、粒子发射装置在场地内的坐标、光泳陷阱的最大容积范围和光泳陷阱的初始位置等等。

进一步的，粒子发射装置400包括粒子储存仓410、粒子发射器420和旋转控制台430，如图8所示。粒子储存仓410连接于粒子发射器420的顶部(并不限于设置于顶部，可以是任何位置，只要方便粒子进入粒子发射器即可)，用于为粒子发射器420补充粒子；旋转控制台430连接于粒子发射器420的侧部(并不限于设置于侧部，可以是任何位置，只要方便旋转控制台控制粒子发射器的发射方向即可)，用于控制粒子发射器420的发射方向。粒子发射装置400接收容积体像投影控制装置700发射粒子的信号后，对准光泳陷阱的初始位置发射粒子。粒子发射装置400通过旋转控制台430顶端的固定孔433固定在场地内的天花板或墙壁上、通过XZ轴旋转控制器431和XY轴旋转控制器432调整发射角度。

具体的，粒子储存仓410是一个透明或不透明的硬质塑料或硬质金属的圆柱形体，如图9所示，该圆柱形体的一底面是封闭结构，可由盖体411进行密封；另一底面设置有连接接口，能与粒子发射器420相连，仓壁413形成为圆柱形体的侧面。粒子储存仓410内可以储存1000颗或以上的粒子412，每颗粒子为大约直径5微米的球形粒子，粒子由半透明的无毒塑料构成。粒子储存仓410上底面的盖体411可以打开，用于在粒子储存仓410与粒子发射器420连接后，开盖补充塑料粒子412。

具体的，如图10(a)所示，粒子发射器420包括一个粒子冗余仓421、两个气泵(其中一个是负压气泵422a，一个是高压气泵422b)、气泵控制电路422、发射轨道(包括内部发射轨道423a和外部发射轨道423b)、发射控制电路423和陀螺仪电路424。如图10(b)所示，粒子发射器420还包括有金属外壳427，金属外壳427的一侧连接XY轴旋转控制器432的固定口428，以连接XY轴旋转控制器432来控制粒子发射器420在XY轴平面上的旋转角度，以调整粒子在XY平面上的射出角。在金属外壳427的顶部预留有一个圆形开口，作为粒子冗余仓开口421a，直径与粒子储存仓410的外径一致，用于连接粒子储存仓410与粒子发射器420中的粒子冗余仓421。使用前将空的粒子储存仓410的底部对齐该开口，然后插入粒子发射器420中，在粒子储存仓410与粒子发射器420连接完毕后,打开粒子储存仓410的盖体411，然后加入粒子。粒子发射器420的外部发射轨道突出于外壳427之外，因此用一个金属管道429对其进行包裹，用来保护发射轨道。

在粒子发射器420接收到发射信号后(发射信号包括发射指令、发射角度等)，发射控制电路423首先向XY轴旋转控制器432和XZ轴旋转控制器431发出旋转指令，通过对比陀螺仪中的实时角度，判断粒子发射器420是否瞄准了预定的角度。然后启动负压气泵422a，对粒子储存仓410中的粒子施加负压，将微小粒子吸入粒子冗余仓421中。粒子冗余仓421是由一个圆柱体和一个倒锥体组成，其中圆柱体的顶端开口形成上述粒子冗余仓开口421a，底部与倒锥体相连。倒锥体的底部开口，底部开口的直径只能通过1个粒子。此时粒子位于内部发射轨道的一端。之后，高压气泵422b喷射出相应气压的气体，气体推动粒子沿着轨道前进，最终被发射出去。

负压气泵422a通过负压管425a与粒子冗余仓421相连，连接处有单向气阀426；高压气泵422b通过高压管425b与内部发射轨道423a相连，连接处有单向气阀426。

具体的，如图11所示，旋转控制台430包括XY轴旋转控制器432、连接杆434和XZ轴旋转控制器431。两个旋转控制器内部结构完全一致，分别包括主转动齿轮435、辅助转动齿轮436、旋转控制电路437、连接杆插槽438和万向电路、万向信号接口439；其中，连接杆插槽438和万向电路、万向信号接口439位于内部转盘4310上，主转动齿轮435和辅助转动齿轮436位于内部转盘4310外。旋转控制台430无论如何旋转，其内部的电路和信号线不会受到扭曲，其连接口使用环形金属接合，通过内外环金属片传递电和信号。该粒子发射装置通过旋转控制台430顶端的固定孔433固定在场地内的天花板或其他壁上，通过XZ轴旋转控制器431和XY轴旋转控制器432调整粒子的发射角度。

进一步的，光泳陷阱控制装置500包括两个光泳陷阱激光发射器510，如图12所示，该光泳陷阱控制装置500接收容积体像投影控制装置700发出的信号后，通过控制两个激光发射器510的功率和位置以控制光泳陷阱的位置。两个光泳陷阱激光发射器510在纵向上相对放置，各发出一束激光520，激光交汇处形成光泳陷阱530。通过控制两个激光光束的焦距以及强弱变化，可以移动光泳陷阱530在空间中的位置，光泳陷阱会向激光束能量弱的一个方向移动。

具体的，如图13(a)所示，光泳陷阱激光发射器510包括激光发射头511、连接杆512、XY轴旋转控制器513、XZ轴旋转控制器514和底座515，底座515上有固定孔5151，用来将该光泳陷阱激光发射器510固定在天花板或地板上或其他固定地点。XY轴旋转控制器513连接于激光发射头511，XZ轴旋转控制器514通过连接杆512连接于XY轴旋转控制器513。光泳陷阱激光发射器510是一个可以调节激光发射方向、焦距和强弱的激光发射器，如图13(b)所示，包括一个激光发射头511、两个XY轴旋转控制器513、两个连接杆512、一个XZ轴旋转控制器514。每个激光发射头511包括一个凸透镜5111、一个凹透镜5112、一对焦距调节杆5113、一对凹透镜支架5114、一个激光发射器5115和激光控制电路5116。

光泳陷阱激光发射器510的工作原理如下：当激光控制电路5116接收到激光发射信号和粒子在空间中的卦限坐标信息后，将坐标信息转换为角度、强度、焦距数据，然后将角度信号发给XY轴旋转控制器513和XZ轴旋转控制器514。两个旋转控制器接收到角度信息后，根据角度发生旋转，将光泳陷阱激光发射器510对准额定的角度。激光控制电路5116再将焦距信息发送给焦距调节杆5113，焦距调节杆5113根据焦距信息伸长或缩短，将凹透镜5112移动到适合焦距516的位置上。激光控制电路5116最后将激光强度信息发送给激光发射器5115，激光发射器5115根据激光的强弱信息发出对应强度的激光。

进一步的，如图14(a)和14(b)所示，粒子上色装置600包括彩色激光发射器610、连接杆620、XY轴旋转控制器630和XZ轴旋转控制器640；XY轴旋转控制器630连接于彩色激光发射器610，XZ轴旋转控制器640通过连接杆620连接于XY轴旋转控制器630。进一步的还包括底座650，底座650上有固定孔651，用来将该粒子上色装置600固定在天花板或地板上或其他固定地点。

具体的，该彩色激光发射器610包括透镜611、防尘透镜612、彩色激光发射器(RGB三色光)613、彩色激光控制电路614和感光元器件615。

粒子上色装置600的工作原理如下：目标光泳陷阱的坐标和颜色值传递给彩色激光控制电路614后，彩色激光控制电路614将坐标信息转换成角度，并将角度信息发送给XY轴旋转控制器630和XZ轴旋转控制器640。两个旋转控制器收到信号后，将角度旋转到额定值，此时设备对准目标坐标。然后彩色激光控制电路614将颜色值信号发送给彩色激光发射器613，彩色激光发射器613接收到颜色值信号后，发出不同色值的RGB光线，形成彩色激光660。

进一步的，粒子上色装置600还包括激光反射感应器，用于判断光泳陷阱中是否有粒子。具体的，激光反射感应器为感光元器件615，可以实时捕捉被反色回来的激光，计算出额定坐标内是否有粒子存在(当返回的激光束所表示的距离大于额定位置到感光元器件的位置时，额定坐标内没有粒子存在，反之则存在)。若额定坐标内没有粒子，则彩色激光控制电路615将“补发粒子”信息发送给容积体像投影控制装置700。

容积体像投影控制装置700的工作原理如下：容积体像拆分装置1将拆分后的3D物体的第二3D模型发送给一个容积体像投影仪2中的容积体像投影控制装置700，容积体像投影控制装置700获得这个3D模型后，根据光泳陷阱激光发射器的坐标将第二3D模型上的所有点对应到空间卦限的坐标上。然后将所有点的坐标和颜色值存储在数组中(物体表面的点的颜色值是来自于3维物体的贴图)，同时遍历数组，将所有点的坐标和颜色值逐个发送给光泳陷阱控制装置和粒子上色装置。若容积体像投影控制装置接收到光泳陷阱中无粒子的信号后，先发出信号，控制光泳陷阱控制装置将光泳陷阱的位置移动到初始位置(一个离粒子发射装置较近的位置)，然后控制粒子发射装置向光泳陷阱中发射粒子，同时控制粒子上色装置追踪这个光泳陷阱的位置，并用其中的感光元器件感应是否有粒子被发射到了光泳陷阱之中。如果在一段时间内，光泳陷阱中还是没有粒子，则容积体像投影控制装置控制粒子发射装置继续向光泳陷阱中发射粒子。一个光泳陷阱中有至少一个粒子，粒子相对于光泳陷阱的位置不变，移动光泳陷阱的位置后，粒子相对于光泳陷阱的位置也不变，但是粒子相对于外部环境(房间、地面)的位置发生变化。

综上为本发明的场景投影装置即光泳陷阱投影系统的详细描述。

本发明的第二方面提供了一种全息成像方法，基于上述全息成像系统完成。如图15所示，包括如下步骤：

步骤S100、依次启动主扫描仪和辅助扫描仪。

图像处理单元控制开启所述主扫描仪和辅助扫描仪，并控制所述主扫描仪和辅助扫描仪进行扫描。

步骤S200、主扫描仪对场景进行初步扫描和处理，得到第一图像信息。

第一图像信息包括场景内不同物体的类型、编号、表面外形和坐标，所述坐标以主扫描仪的位置为坐标原点。

步骤S300、辅助扫描仪根据第一图像信息对相应的物体进行精确扫描和处理，得到第二图像信息。

第二图像信息包括物体的编号、表面外形、表面颜色和实时坐标。

步骤S400、图像处理单元根据所述第二图像信息建立完整的第一3维模型并发送至所述容积体像拆分装置。

步骤S500、所述容积体像拆分装置将接收到的第一3维模型拆分为多个第二3维模型并发送至对应的容积体像投影仪。具体的，包括：

获取与所述容积体像拆分装置连接的容积体像投影仪中容积体像投影控制装置的数量和坐标；

根据所述数量和坐标将第一3维模型拆分为对应的体积大小相等的多个第二3维模型，发送至对应的所述容积体像投影控制装置。

步骤S600、多个所述容积体像投影仪投影显示对应的所述第二3维模型。具体的，包括：

每个容积体像投影仪中的容积体像投影控制装置计算对应的第二3维模型表面的所有点在扫描场景中的坐标；

记录所述所有点的颜色；

将所有点的坐标和颜色进行一一匹配，形成数据包{x,y,z,r,g,b,a}，其中x，y，z表示坐标值，r，g，b，a表示颜色；

将所述数据包发送至光泳陷阱控制装置和粒子上色装置；

所述光泳陷阱控制装置根据所有点的坐标控制光泳陷阱在投影场景中的坐标进而控制粒子的运动轨迹；

所述粒子上色装置根据所有点的坐标和颜色发射相应颜色和位置的激光束。

进一步的，图像处理单元接收所述主扫描仪传输的第一图像信息；

根据第一图像信息中的物体的坐标信息分配对应的辅助扫描仪对相应的物体进行精确扫描，得到第二图像信息；

图像处理单元根据第二图像信息建立场景内物体的将所述第二图像信息中的物体的表面外形转换成3维模型、将物体的表面颜色转换成贴图、并附着坐标信息，对具有同样编号的物体的3维模型和贴图进行拼接，形成所有物体的完整的第一3维模型，并将其传输至容积体像拆分装置。

进一步的，在将数据包发送至光泳陷阱控制装置和粒子上色装置的步骤之后，还包括判断光泳陷阱中是否有粒子的步骤；

如果是，则继续执行后面的步骤；

如果否，则控制粒子发射装置向光泳陷阱的位置处发射粒子，然后继续执行后面的步骤。

综上所述，本发明提供了一种全息成像系统和方法，该成像系统包括场景扫描装置和场景投影装置；场景扫描装置包括图像处理单元、主扫描仪和多个辅助扫描仪，场景投影装置包括容积体像拆分装置以及多个容积体像投影仪；通过场景扫描装置将一场景中的全部物体信息扫描形成全息3维模型，发送给场景投影装置；所述场景投影装置将该3维模型在另一场景的空间中通过容积体像投影显现出来，使得观察者无需佩戴任何视觉设备即能观看成像效果。而且场景中的多个静态和/或动态物体的3D模型都能在远端场景中以容积体像的方式进行显示。

本发明能够实现如下功能并达到如下效果：

将扫描到的模型通过光泳陷阱所控制的粒子绘制在空间中绘制出来，并通过彩色激光束给粒子上色，最终形成一个在空间中“悬浮”的容积体像。这个容积体像具有物体的可扫描到的全部表面和表面上的颜色，观看者不需要带任何视觉设备就能直接在空间中观看这个物体的任意一个表面。

扫描一个在场内运动的物体，也能在远端具有光泳陷阱的设备的环境中看到这个物体在等体积的场景内的运动模型。扫描另一个场景内运动或者相对静止的物体，也能在另一端具有光泳陷阱的设备的环境中看到这个物体在等体积的场景内的运动或者相对静止模型。

排除场景A中呈现的场景B的像重复到场景B中呈现的场景A的像中。将场景A中扫描的3D影像呈现到场景B,同时将场景B中扫描的3D影像呈现到场景A中，实现双向彼此成像。

通过语言指令可以中央处理设备构建或从信息存储单元取出一个3D模型，模型信息包括结构信息、颜色及修改记录。通过光泳陷阱设备将模型显示为容积体像。

扫描仪获取人的手势及声音，通过中央处理设备将获取的信息转换为指令。通过指令，中央处理设备对3D模型进行缩放、删除以及修改等操作，并实时通过光泳陷阱设备将操作同步显示。

通过网络，可以将3D模型的信息进行实时信息传输。实时通信时，双方会同时显示3D模型，并且可以同时对模型进行操作，操作设置将通过网络进行传输，对方再通过光泳陷阱设备对操作进行同步。场景A和场景B都可以操作3D模型。

观看者不需要带任何视觉设备，物体的容积体像能在空间中呈现，并可以通过肉眼直接观看。

同时扫描一个矩形空间内的多个物体，并获得多个物体的全息模型。并将这些物体在远端场景以容积体像的方式进行显示。同时扫描一个矩形空间中的多个动态物体，并获得多个动态3D物体的运动轨迹。并将这些运动的物体在远端场景中以容积体像的方式显示。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (10)

1.一种全息成像系统，其特征在于，包括：场景扫描装置和场景投影装置；

所述场景扫描装置包括图像处理单元、主扫描仪和多个辅助扫描仪；所述图像处理单元连接所述主扫描仪和辅助扫描仪，并控制所述主扫描仪和辅助扫描仪的开启或关闭以及扫描的开始或停止；所述图像处理单元接收所述主扫描仪和辅助扫描仪扫描的图像信息，将所述图像信息处理形成完整的第一3维模型并传输至所述场景投影装置；

所述场景投影装置包括容积体像拆分装置以及多个容积体像投影仪；所述容积体像拆分装置将接收到的第一3维模型拆分为多个第二3维模型并发送至对应的容积体像投影仪，所述多个容积体像投影仪投影显示所述第二3维模型。

2.根据权利要求1所述的全息成像系统，其特征在于，所述主扫描仪接收所述图像处理单元的指令，根据指令对场景中的物体进行扫描，并将扫描的图像信息传输给所述图像处理单元。

3.根据权利要求2所述的全息成像系统，其特征在于，所述主扫描仪位于所述场景的中心顶端，包括第一集成电路板和多个3D扫描仪，所述多个3D扫描仪连接到所述第一集成电路板；

所述第一集成电路板接收所述图像处理单元的指令信息以控制所述多个3D扫描仪的开启或关闭以及扫描的开始或停止；

每个3D扫描仪包括第二集成电路板、摄像头、深度扫描仪和红外扫描仪，用于扫描场景内的图像，所述图像包括普通图像、深度图像和红外图像，所述第二集成电路板对所述图像进行处理后形成第一图像信息，并将第一图像信息发送至所述图像处理单元。

4.根据权利要求3所述的全息成像系统，其特征在于，所述第一图像信息包括场景内不同物体的类型、编号、表面外形和坐标，所述坐标以主扫描仪的位置为坐标原点；

所述物体包括人体、非人动态物体、非人静态物体和场景边界。

5.根据权利要求4所述的全息成像系统，其特征在于，所述多个辅助扫描仪位于所述主扫描仪的四周，每个辅助扫描仪包括一个3D扫描仪；

每个3D扫描仪包括第三集成电路板、摄像头、深度扫描仪和红外扫描仪，根据所述图像处理单元分配的对应物体扫描任务以扫描场景内该物体的图像，所述图像包括普通图像、深度图像和红外图像；所述第三集成电路板接收所述图像处理单元的指令以控制所述摄像头、深度扫描仪和红外扫描仪扫描物体的图像，对所述图像进行处理后形成第二图像信息，并将所述第二图像信息发送至所述图像处理单元。

6.根据权利要求5所述的全息成像系统，其特征在于，所述第二图像信息包括物体的编号、表面外形、表面颜色和实时坐标。

7.根据权利要求6所述的全息成像系统，其特征在于，所述图像处理单元接收所述主扫描仪传输的第一图像信息；根据所述第一图像信息中的物体的坐标信息分配对应的辅助扫描仪对相应的物体进行详细扫描，得到所述第二图像信息；所述图像处理单元将所述第二图像信息中的物体的表面外形转换成3维模型、将物体的表面颜色转换成贴图、并附着坐标信息，对具有同样编号的物体的3维模型和贴图进行拼接，形成该物体的完整3维模型。

8.根据权利要求1所述的全息成像系统，其特征在于，每个所述容积体像投影仪包括容积体像投影控制装置、粒子发射装置、光泳陷阱控制装置和粒子上色装置；

所述粒子发射装置用于在光泳陷阱中无粒子时将粒子发射至所述光泳陷阱中；

所述光泳陷阱控制装置用于控制光泳陷阱的位置进而控制粒子的运动轨迹；

所述粒子上色装置用于给光泳陷阱中的粒子上色；

所述容积体像投影控制装置连接和控制所述粒子发射装置、光泳陷阱控制装置和粒子上色装置，并存储所述光泳陷阱的坐标信息。

9.根据权利要求8所述的全息成像系统，其特征在于，所述容积体像拆分装置将接收到的第一3D模型根据所述容积体像投影仪的数量和坐标拆分成对应的多个体积相等的第二3D模型，并发送给对应的容积体像投影仪。

10.根据权利要求8所述的全息成像系统，其特征在于，所述粒子发射装置包括粒子储存仓、粒子发射器和转向控制台；

所述粒子发射装置接收所述容积体像投影控制装置发射粒子的信号后，对准所述光泳陷阱的初始位置发射粒子。