CN110018630B - 一种基于视区特性提高彩色计算全息再现像质量的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种基于视区特性提高彩色计算全息再现像质量的方法。该方法分别对3D物体的红、绿、蓝场景信息进行提取并计算出红、绿、蓝三种场景信息的再现像有效视区。通过分析红绿蓝三分量信息的有效视区特性，计算出3D物体的有效视区，从而产生有效的干涉图。最终通过红绿蓝三分量的干涉图生成菲涅耳全息图，再将生成的全息图加载到空间光调制器上进行再现，从而实现提高彩色计算全息再现像质量的目的。

Description

一种基于视区特性提高彩色计算全息再现像质量的方法
一、技术领域
本发明属于计算全息显示领域，特别地，本发明涉及一种基于视区特性提高彩色计算全息再现像质量的方法。
二、背景技术
计算全息显示作为一种真三维显示技术，能够重建三维场景的整个光场信息。随着人们在视觉上对三维成像要求的提高，彩色全息再现像质量已成为人们关注的焦点之一。传统的方法是采用时分复用或者空分复用进行彩色计算全息再现，存在设计过程复杂、适用性较差以及色差等问题。现今，人们迫切探求一种简单易行的高质量彩色计算全息再现方法。然而，在计算全息再现中，由于波长差异，三种颜色再现图像的大小和位置是不同的。此外，由空间光调制器的像素结构引起的高阶衍射图像也会影响再现图像的质量并产生相应的色差。在计算全息再现中，理想的完整再现像只能显示在特定区域中，高阶衍射像和其他浪费信息的计算不仅在生成全息图时耗费大量时间，而且还带来色差。因此，如何在保证全息再现质量的同时减少计算时间，已成为现阶段全息显示亟待解决的关键问题。
三、发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明提出一种基于视区特性提高彩色计算全息再现像质量的方法，如附图1所示。该方法通过由红绿蓝三色激光器各一个、扩束器三个、滤波器三个、准直透镜三个、反射镜一个、分光棱镜三个、空间光调制器一个、计算机一台、光阑一个和CCD组成的系统实现，并包括以下五个步骤：
第一步：对于一个3D物体，提取物体的3D场景信息；
第二步：分别对3D物体的红、绿、蓝三种颜色场景信息进行提取；
第三步：计算红、绿、蓝三种颜色场景信息的再现像有效视区(EVA)，并分别记为EVA r、EVA g和EVA b；
第四步：选取EVA r、EVA g和EVA b的最小有效视区，作为3D物体的有效视区；
第五步：根据3D物体的有效视区，产生有效的干涉图。对于物体相同深度上的其他点，通过有效干涉图的平移获得，最终通过红绿蓝三分量的干涉图生成菲涅耳全息图。将生成的菲涅耳全息图通过计算机加载到空间光调制器上，使红、绿、蓝三色激光分别垂直入射到空间光调制器上，通过光阑将零级杂光进行消除，设定接收屏与空间光调制器之间的有效距离为菲涅耳干涉的记录距离，便可接收到高质量的彩色计算全息再现像。
优选地，一种基于视区特性提高彩色计算全息再现像质量的方法，其特征在于，如附图2所示，根据被记录物体、全息图、空间光调制器和有效视区的位置关系计算再现像的有效视区，有效视区r满足以下公式：
Figure BDA0002011105100000021
其中h是物体的大小，l是空间光调制器的宽度，s是观看距离，d是再现像和空间光调制器之间的距离，根据公式(1)分别计算出红、绿、蓝三种颜色再现像的有效视区，即EVAr、EVAg和EVAb。
优选地，一种基于视区特性提高彩色计算全息再现像质量的方法，其特征在于，该方法中记录物体的尺寸大小需要小于空间光调制器的尺寸大小，并且有效干涉图的尺寸等于空间光调制器的尺寸与记录物体尺寸之差。
优选地，一种基于视区特性提高彩色计算全息再现像质量的方法，其特征在于，该方法为了进行色差补偿，对红、绿、蓝三色记录物体的分辨率Rr、Rg和Rb进行调节，使它们满足：
Figure BDA0002011105100000022
与现有技术相比，本发明具备以下优势：通过分析红绿蓝三分量信息的有效视区特性，根据最小有效视区生成系统的全息图，不仅能够提高全息图生成的速度，还能减少浪费信息对一级衍射像的干扰，消除色差，从而有效地提高彩色计算全息再现像的质量。
四、附图说明
附图1为本发明的一种基于视区特性提高彩色计算全息再现像质量的方法示意图；
附图2为本发明中被记录物体、全息图、空间光调制器和有效视区的位置关系示意图。
附图3为本发明所提出方法的实验验证系统示意图。
上述各附图中的图示标号为：
(1)3D物体、(2)空间光调制器、(3)再现像、(4)接收屏、(5)红色激光器、(6)滤波器1、(7)准直透镜1、(8)反射镜、(9)绿色激光器、(10)滤波器2、(11)准直透镜2、(12)分光棱镜1、(13)蓝色激光器、(14)滤波器3、(15)准直透镜3、(16)分光棱镜2、(17)分光棱镜3、(18)光阑、(19)CCD、(20)计算机。
应该理解上述附图只是示意性的，并没有按比例绘制。
五、具体实施方式
下面详细说明本发明提出的一种基于视区特性提高彩色计算全息再现像质量的方法的实施例，对本发明进行进一步的描述。有必要在此指出的是，以下实施例只用于本发明做进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域技术熟练人员根据上述发明内容对本发明做出一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
本实施例的基于视区特性提高彩色计算全息再现像质的方法通过附图3所示的系统来实现，该系统包括红绿蓝三色激光器各一个、扩束器三个、滤波器三个、准直透镜三个、反射镜一个、分光棱镜三个、空间光调制器一个、计算机一台、光阑一个和CCD一个，其中，红绿蓝三色激光器发出光束波长分别为671nm，532nm和473nm，三色激光器平行放置，并分别与扩束器、滤波器、反射镜和分光棱镜的中心处于同一水平光轴上，空间光调制器与分光棱镜和反射镜的中心处于同一竖直光轴上，空间光调制器采用反射式的位相型空间光调制器，分辨率为1920×1080，CCD与空间光调制器的有效距离为350mm。三色激光器发出的光经扩束滤波后变为平行光束，根据视区特性计算3D物体的有效视区生成菲涅耳全息图，在空间光调制器上加载菲涅耳全息图并进行再现，观看者可以观看到高质量的彩色计算全息再现像。

Claims (2)

1.一种基于视区特性提高彩色计算全息再现像质量的方法，其特征在于，该方法通过由红绿蓝三色激光器各一个、扩束器三个、滤波器三个、准直透镜三个、反射镜一个、分光棱镜三个、空间光调制器一个、计算机一台、光阑一个和CCD组成的系统实现，并包括以下五个步骤：第一步：对于一个3D物体，提取物体的3D场景信息；第二步：分别对3D物体的红、绿、蓝三种颜色场景信息进行提取；第三步：计算红、绿、蓝三种场景信息的再现像有效视区，并分别记为EVA r、EVA g和EVA b；第四步：选取EVA r、EVA g和EVA b的最小有效视区，作为3D物体的有效视区；第五步：根据3D物体的有效视区，产生有效的干涉图，对于物体相同深度上的其他点，通过有效干涉图的平移获得，最终通过红绿蓝三分量的干涉图生成菲涅耳全息图，将生成的菲涅耳全息图通过计算机加载到空间光调制器上，使红、绿、蓝三色激光分别垂直入射到空间光调制器上，通过光阑将零级杂光进行消除，设定接收屏与空间光调制器之间的有效距离为菲涅耳干涉的记录距离，便可接收到高质量的彩色计算全息再现像；该方法根据被记录物体、全息图、空间光调制器和有效视区的位置关系计算再现像的有效视区，有效视区r满足以下公式：
Figure FDA0002299708810000011
其中h是物体的大小，l是空间光调制器的宽度，s是观看距离，d是再现像和空间光调制器之间的距离；根据该公式分别计算出红、绿、蓝三种颜色再现像的有效视区，即EVA r、EVAg和EVA b；记录物体的尺寸大小需要小于空间光调制器的尺寸大小，并且有效干涉图的尺寸等于空间光调制器的尺寸与记录物体尺寸之差。
2.根据权利要求1所述的一种基于视区特性提高彩色计算全息再现像质量的方法，其特征在于，该方法对红、绿、蓝三色记录物体的分辨率Rr、Rg和Rb进行调节，使它们满足：
Figure FDA0002299708810000012
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