CN112882228A - 基于白光照明的彩色全息近眼ar显示系统和彩色全息图计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于白光照明的彩色全息近眼AR显示系统，包括：白光光源、准直透镜、空间光调制器、4f光学滤波系统和AR目镜。还公开了应用于此显示系统的彩色全息图计算方法：对于二维彩色全息图，对彩色图像不同颜色分量分别进行傅里叶变换后，提取有效频谱信息再转化到空域，与对应的参考光干涉编码并叠加得到二维彩色全息图；对于三维彩色全息图，计算彩色三维物体不同角度的彩色投影图像，不同颜色分量分别与对应的点扩散函数卷积后叠加，之后分别与对应的参考光干涉并叠加得到三维彩色全息图。本显示系统可实现白光照明下无散斑噪声的彩色全息近眼AR显示，具有重要的应用价值。

Description

基于白光照明的彩色全息近眼AR显示系统和彩色全息图计算 方法

技术领域

本发明涉及光学显示领域，尤其涉及白光照明的彩色全息近眼AR显示系统和彩色全息图计算方法。

背景技术

近眼显示头盔或智能眼镜可以实现AR显示(Augmented Reality，增强现实)，AR显示是目前重要的新型显示技术。AR显示能够将虚拟图像与真实环境相融合以实现无与伦比的人机交互体验，在国防安全、工业设计、医疗、教育等领域有着重要的应用价值。

目前AR三维显示主要为双目视差三维显示，通过棱镜、自由曲面AR目镜或波导作为耦合器件，将虚拟图像投影于人眼，而环境光可直接穿透耦合器件进入人眼实现AR显示的目的。对于双目视差三维显示，人眼的聚焦深度和观看虚拟场景时双目视轴汇聚深度的不一致会导致严重的疲劳眩晕等问题，该问题即为所谓的辐辏调节冲突问题。当所显示的图像与人的距离较远时，人眼无需额外聚焦即可看到具有双目视差的三维图像，辐辏调节冲突的影响小。然而，当显示的图像与人的距离近时，辐辏调节冲突问题会变得严重。微软的Hololens AR眼镜及杭州光粒科技推出的AR眼镜均采用双深度光场显示技术实现了近眼AR三维显示。双深度光场显示可一定程度上减弱辐辏调节冲突的影响，但不能完全解决辐辏调节冲突问题。实现无辐辏调节冲突的近眼AR真三维显示，是一个亟需解决的问题。

众所周知，全息显示是基于干涉记录和衍射再现的显示技术，能够实现完整的三维光场重构，被认为是最理想的三维显示技术。然而由于目前微显示器分辨率和像素尺寸的限制，短期内实现多人可同时观看的动态彩色三维显示的条件还不成熟。在现有条件下，满足单眼观看真三维显示的需求已经具有了可能性。通过两片微显示器，分别为人的左眼和右眼成像，实现基于双目的全息真三维显示。

全息显示中，一般使用激光作为照明光源，其再现像存在严重的散斑噪声。并且当使用三色激光实现彩色显示时，三色激光的扩束和合束部分光路复杂，体积庞大，不适合于近眼AR显示。将全息与AR结合，实现紧凑的彩色近眼AR显示系统具有重要的应用价值和研究意义。

发明内容

本发明公开了一种基于白光照明的彩色全息近眼AR显示系统和应用于此显示系统的彩色全息图计算方法。所公开的显示系统结构简单紧凑，能够实现动态彩色二维或三维近眼AR显示，且再现像无散斑噪声。所公开的彩色全息图计算方法，能够计算二维及三维彩色物体的全息图，具有较强的适用性。

本发明公开的一种基于白光照明的彩色全息近眼AR显示系统，包括光源、准直透镜、分光镜、空间光调制器、4f光学滤波系统和AR目镜。

光源：用于提供照明光。

准直透镜：用于对来自光源的照明光进行准直，形成平面波。

分光镜：将照射其上的平面波部分反射用于照明空间光调制器。

空间光调制器：用于载入彩色全息图，对照射其上的平面波进行调制，产生调制的彩色光场。

4f光学滤波系统：包括两个透镜和空间滤波器。在第一透镜的后焦平面上，放置空间滤波器，对经空间光调制器调制后的彩色光场进行滤波，消除零级光及高级衍射光及其它杂散光的影响，在第二透镜后焦平面附近形成二维彩图像或三维彩色图像。

AR目镜：包括自由曲面AR目镜或体全息透镜，对所述二维彩色图像或三维彩色图像进行成像，使人眼看到位于远处放大的二维彩色图像或三维彩色图像，而环境光不受干扰的进入人眼，实现AR显示。

优选的，所述的光源包括卤素灯白光光源或LED白光光源等，其发出的白光耦合进入光纤，在光纤端口发出发散球面波用于照明，或LED白光光源发出的发散球面波用于照明。

优选的，所述的准直透镜包括双胶合消色差透镜或三胶合消色差透镜。

优选的，所述的分光镜为宽带非偏振的分光棱镜或分光片。

优选的，所述的空间光调制器包括反射式空间光调制器或透射式空间光调制器，包括LCD、DMD或LCoS。

优选的，所述的空间光调制器包括相位型空间光调制器或振幅型空间光调制器。

优选的，所述的组成4f光学滤波系统的两个透镜为双胶合消色差透镜或三胶合消色差透镜，所述的空间滤波器为狭缝型空间滤波器，即长条形的开孔，其开孔的尺寸和位置均可调整。

优选的，所述的AR目镜包括彩色体全息透镜，彩色体全息透镜可以是单片式彩色体全息透镜；或三片式体全息透镜的堆叠，每一片体全息透镜是对应一个波长的体全息透镜；或两片式体全息透镜的堆叠，其中一片是对应一个波长的体全息透镜，而另一片是对应另外两个波长的体全息透镜。三片式或两片式体全息透镜的材料可以相同或不同。彩色体全息透镜由所对应的波长的单模激光以一定方式在感光材料上曝光得到，感光材料包括银盐感光材料、光致聚合物感光材料或明胶感光材料的一种或多种。

优选的，所述的基于白光照明的彩色全息近眼AR显示系统还包括一片或多片反射镜、偏振片、衰减片等，用于改变光路的形态使得光路更加紧凑，或改变光的偏振态或光的强度。

以反射式LCoS作为空间光调制器为例，来说明所述近眼显示系统的工作原理。具体实现过程为：来自于光源的发散照明光，经准直透镜后形成平面波，平面波被分光镜部分反射用于照明反射式空间光调制器LCoS。LCoS上载入彩色二维全息图或彩色三维全息图，对照明其上的白光平面波进行调制，调制光场反向传播，在4f光学滤波系统第一透镜后焦平面形成准确的频谱，被位于该焦平面的狭缝型空间滤波器滤波，允许所设计的有效的二维彩色光场或三维彩色光场的频谱成分进入后续系统，而其它高级衍射光和零级光的频谱成分等被狭缝型滤波器阻止不能进入后续光学系统。滤波后的光场在4f光学滤波系统第二透镜后焦平面附近形成二维彩色图像或三维彩色图像的实像。使用一个反射镜将滤波后的彩色光场反射，反射光进入自由曲面AR目镜，或不使用反射镜，滤波后的彩色光场以一定角度直接进入彩色体全息透镜。所述的自由曲面AR目镜，将彩色二维光场图像或三维光场图像进行成像，使得人眼看到位于远处放大的彩色二维或三维虚像，而环境光经过自由曲面AR目镜不发生变化直接进入人眼，从而实现近眼AR二维或三维彩色显示；所述的彩色体全息透镜，为反射式体全息透镜，滤波后的彩色二维或三维光场以一定角度倾斜入射彩色体全息透镜，衍射光反向传播，汇聚进入人眼，人眼可看到位于远处放大的彩色二维或三维虚像，而环境光不满足彩色体全息透镜的角度和波长选择性，直接透过彩色体全息透镜进入人眼，实现近眼AR彩色二维或三维显示。

上述的显示系统，可制作两套，分别为人的左眼和右眼显示对应视差信息的彩色全息再现像，实现双目的彩色全息近眼AR显示。

上述系统中，用于显示的二维彩色全息图或三维彩色全息图，对白光发生衍射，可使得不同波长的光衍射方向不同，在频域内的一定区域，可使用狭缝将准确的波长的三色光场的频谱完全滤出，用于实现彩色的二维或三维显示。

上述系统中，用于显示的二维彩色全息图或三维彩色全息图的计算方法，为本发明公开的另一个方面，具体如下：

一种二维彩色全息图计算方法，具体包含：

(1)根据空间光调制器的参数，设置二维彩色图像的红色、绿色和蓝色分量图像的发光角度、频域带宽、参考光夹角等参数；

(2)将二维彩色图像的三个颜色分量的二维图像分别进行傅里叶变换，变换结果分别与对应带宽的二值掩模图相乘，之后分别进行二维傅里叶逆变换，得到全息面上三个颜色分量物光的复振幅；

(3)三个颜色分量物光的复振幅与对应的参考光干涉，编码为三张振幅型全息图或相位型全息图；

(4)将三张振幅型或相位型全息图相加，得到二维彩色全息图。

优选的，所述的二维彩色图像的分辨率与全息显示时使用的空间光调制器的分辨率相同，或与全息显示时使用的空间光调制器的分辨率不相同的二维彩色图像通过插值、裁剪、补零中的至少一种操作后得到与空间光调制器的分辨率相同的二维彩色图像。

一种三维彩色全息图计算方法，具体包含：

(1)根据空间光调制器的参数，设置彩色三维物体的红色、绿色和蓝色分量的发光角度、频域带宽、参考光夹角、彩色三维物体投影角度及间隔等参数；

(2)对彩色三维物体进行多方向投影计算，得到多个二维彩色投影图像；

(3)多个二维彩色投影图像的不同颜色分量分别与对应的点扩散函数卷积并累加，得到三个颜色分量物光的复振幅；

(4)三个颜色分量物光的复振幅分别与对应参考光干涉，编码为三张振幅全息图或相位全息图；

(5)将三张振幅型或相位型全息图相加，得到三维彩色全息图；

优选的，全息面与彩色三维物体及投影平面的位置关系包括：彩色三维物体位于全息面与投影平面之间，或投影平面位于全息面与彩色三维物体之间。

优选的，彩色三维物体不同视角的投影图像可以由计算机软件生成，或通过相机阵列拍摄实际彩色三维物体不同视角的视图，或通过一个相机在一维导轨上不同位置拍摄实际彩色三维物体不同视角的视图。其中由计算机生成的彩色投影图像可用于虚拟彩色三维物体的三维彩色全息图计算，而通过相机组或单相机移动拍摄的彩色投影图像可用于实际彩色三维物体的三维彩色全息图计算。

本发明公开的基于白光照明的彩色全息近眼AR显示系统与现有技术相比，有益效果是：单片空间光调制器实现彩色显示，显示系统体积小，紧凑；白光照明，再现像无散斑噪声，清晰度高；无需高刷新率的空间光调制器，刷新率大于25Hz即可满足人眼观看彩色三维动画无闪烁的需求。本发明公开的彩色全息图计算方法，可满足彩色二维及三维显示的计算需求。

附图说明

图1是基于白光照明的彩色全息近眼AR显示系统

图1(a)基于自由曲面AR目镜的彩色全息近眼AR显示系统

图1(b)基于体全息透镜的彩色全息近眼AR显示系统

图2是彩色全息图计算模型和参数设计方法

图2(a)彩色全息显示的基本模型

图2(b)y方向上的频域设计方法

图2(c)包含频移量的二维坐标系下物光的频谱分布

图3二维彩色全息图的计算方法

图4三维彩色全息图的计算模型和计算方法

图4(a)三维彩色全息图计算模型

图4(b)三维彩色全息图的计算方法

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述，使得方案更加清楚、明白。需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对本发明的保护范围不起任何限定作用。

实施例1：本实施例如图1所示，是基于白光照明的彩色全息近眼AR显示系统，其中图1(a)为基于自由曲面AR目镜的彩色全息近眼AR显示系统，101为白光光源，白光光源101发出的光耦入光纤，从光纤头102发出发散照明光。103为双胶合消色差透镜，光纤头位于双胶合透镜103的前焦平面上，其发出的发散照明光，通过双胶合透镜103后形成准直的白光平面波；104为分光棱镜，使得照射其上的平面波部分反射至105，此处105为反射式空间光调制器LCoS；反射式空间光调制器105载入二维或三维彩色全息图，对照射其上的白光平面波进行调制，调制光反向传播部分透过分光棱镜104；106、107和108组合为4f光学滤波系统，106和108均为双胶合消色差透镜，狭缝型空间滤波器107位于双胶合消色差透镜106的后焦平面上，仅允许位于狭缝内的彩色光场的频谱进入后续系统，而遮挡其它的高级衍射光和零级光等杂散光；滤波后的光场在双胶合消色差透镜108的后焦平面附近，形成二维彩色图像或三维彩色图像的实像；109为反射镜，将滤波后的彩色光场反射至110，其中110为三片式自由曲面AR目镜，由110-1、110-2和110-3三个镜片组合而成。衍射光经过镜片110-1后被镜片110-2的前表面反射成像，反射光在镜片110-3的后表面反射成像后经过镜片110-2进入人眼111。人眼即可看到位于远处放大的二维彩色虚像112或三维彩色虚像112，而环境光通过镜片110-3和镜片110-2后进入人眼，镜片110-3和镜片110-2相互补偿，所以人眼所看到的环境无畸变，实现彩色近眼全息AR二维显示或三维显示。图1(a)中的113表示环境中的一个实际物体。

图1(b)为基于体全息透镜的彩色全息近眼AR显示系统，其中201为白光光源，白光光源发出的光耦入光纤，从光纤头202发出发散照明光。203为双胶合消色差透镜，光纤头202位于双胶合消色差透镜203的前焦平面上，其发出的发散照明光，通过双胶合消色差透镜203后形成准直的平面波；204为分光棱镜，使得照射其上的平面波部分反射至205，此处205为反射式空间光调制器LCoS；反射式空间光调制器205载入二维或三维彩色全息图，对照射其上的白光平面波进行调制，调制光反向传播部分透过分光棱镜204；206、207和208组合为4f光学滤波系统，206和208均为双胶合消色差透镜，207为一个狭缝型空间滤波器，狭缝型空间滤波器207放置于双胶合消色差透镜206的后焦平面上，仅允许位于狭缝内的彩色光场的频谱进入后续系统，而遮挡其它的高级衍射光和零级光等杂散光；滤波后的光场在双胶合消色差透镜208的后焦平面附近，形成二维彩色图像或三维彩色图像的实像；从4f滤波系统滤波后的二维彩色光场或三维彩色光场，经过彩色体全息透镜209反向衍射，衍射光汇聚进入人眼210，人眼即可看到位于远处放大的二维彩色虚像或三维彩色虚像211，而环境光不满足彩色体全息透镜的角度选择性和波长选择性，直接透过彩色体全息透镜209进入人眼210，实现近眼彩色全息AR二维显示或三维显示。其中所述的211表示显示的二维或三维彩色虚像，而图1(b)中的212表示环境中的一个实际物体。

所述的体全息透镜为平面波与汇聚球面波曝光而成，为现有技术，具体实现方式不再赘述。

所述的体全息透镜为单片式彩色体全息透镜，通过红色、绿色和蓝色三个单模激光在全彩的感光材料内曝光得到；或为三片式彩色体全息透镜的堆叠，每一片为对应一个波长的体全息透镜；或两片式体全息透镜的堆叠，其中一片为对应一个波长的体全息透镜，而另一片为对应另外两个波长的体全息透镜。用于体全息透镜曝光的材料包括银盐感光材料、光致聚合物感光材料或明胶感光材料中的一种或多种。

在上述实施例1中的彩色全息近眼AR显示系统中，使用其它形式的AR目镜，如阵列波导、衍射波导等，用于实现虚拟图像与真实环境的融合，均可达到近眼AR显示的效果。更换别的类型的AR目镜均不影响本发明的本质内容和核心思想，都应该在本发明的保护范围之内。

实施例2：本实施例对彩色全息计算方法做整体性介绍，以振幅型全息图的编码方式来说明具体计算方法。图2(a)给出了本发明的彩色全息显示的基本模型。白光平面波以θ_refy照明彩色全息图H_r+g+b，不同波长的光波在全息图的衍射下具有不同的传播方向，发生色散，所设计的彩色全息图包含三个单色全息图的叠加，所设计的全息图，能够保证所设计的波长红色、绿色和蓝色分量的衍射光沿着相同的方向传播，其它非设计的光谱的位置与所需的位置的光谱分离，在空间中形成色散的二维或三维图像，经过透镜后，在频谱面上，形成三套光谱分布的频谱(位于同一个位置)，三套光谱分布的一个确定的频带位置即为所设计的位置，在此位置设置狭缝型空间滤波器，即可将所对应的二维彩色图像或三维彩色图像的彩色光场信息的频谱滤出，用于彩色全息显示。

振幅型彩色全息图H(x,y)可以表示为：

其中H₀为一个常数，保证全息图的透射率大于等于零，A_or、A_og和A_ob分别为物光在全息面上不同颜色分量的振幅，φ_or、φ_og和φ_ob为物光在全息面上不同颜色分量的相位，λ_r、λ_g和λ_b分别为全息计算时三原色光波的波长，θ_refy为参考光在y方向与z轴的夹角。通过对公式(1)分析可知，参考光对于不同颜色分量，本质上是引起了一定的频移量，三原色光场的频移量可以表示为：

即相同参考光角度的条件下，参考光引起的频移量和波长有关。假设三原色波长分别为λ_r＝632nm、λ_g＝532nm和λ_b＝473nm，则y方向上参考光角度与频移量的关系由图2(b)。图2(b)中的横轴为参考光的角度，纵轴为y方向上由参考光引起的频移量。假设所使用的空间光调制器分辨率为4096×2160，像素尺寸为d_h＝3.74μm，则该空间光调制器能够实现的最大空间频率为1/(2d_h)＝133.6line/mm，如图2(b)中的虚点横线所示，全息图的计算需要满足采样定理的要求，即最大空间频率低于133.6line/mm。以参考光的角度3°为例，则如图2(b)所述，三个频带在频域y方向上分离，以三个频移量为中心，设计三原色物光在y方向上的频带宽度Δf_r,Δf_g,Δf_b并使其不重叠，此时对应的物光在y方向上的衍射角可以表示为：

假设Δf_r＝Δf_g＝Δf_b＝6line/mm，则Δθ_yr＝0.2173°，Δθ_yg＝0.1880°，Δθ_yb＝0.1595°这三个角度就是三原色物光在全息面上的发光角度(衍射角度)。而全息图在x方向上的衍射角度不做限制，由空间光调制器能够实现的最大衍射角决定：

则在x方向上物光的发光角度为：

图2(c)为包含频移量的二维坐标系下物光的频谱分布。三个条带分别从上到下分别为蓝色、绿色和红色物光的频谱。

本实施例中，以分辨率为4096×2160，像素尺寸3.74μm的空间光调制器，以及λ_r＝632nm、λ_g＝532nm和λ_b＝473nm波长来分析和设计计算参数，相同或相近专业的技术人员可以知道，采用其它的空间光调制器及其它参数，亦可进行类似的参数设计，都应该在本发明的保护范围之内。

实施例3，本实施例重点介绍二维彩色全息图的计算方法。如图3所示：彩色图片的分辨率与全息图的分辨率(空间光调制器的分辨率)相同，当分辨率不同时，进行插值、裁剪或补零中的一种或几种操作使得处理后的彩色图像的分辨率与全息图的分辨率相同。其中的imc表示二维彩色图像，对其进行分解，得到的im_r、im_g和im_b分别表示二维彩色图像红色、绿色和蓝色分量，分别对三个颜色分量的图像进行二维傅里叶变换，在频域内提取需要的成分，实现的方法为：不同颜色分量的频谱与对应的二值掩模图像相乘，之后分别进行二维傅里叶逆变换，得到全息面上物光三原色的复振幅分布U_r、U_g和U_b，可以表示为：

其中的ifft2{*}表示对*求二维傅里叶逆变换。fft2[*]表示对*求二维傅里叶变换。mask为二值掩模图像。im_r、im_g和im_b分别为彩色图像三个颜色通道的图像。

物光三个颜色分量的振幅和相位可以表示为：

其中abs(*)表示对*求模，angle(*)表示对*求相位。当物光波的振幅和相位求得后，使用实施例2中的公式(1)进行计算，编码得到二维彩色全息图。

二值掩模图像的计算方法，如实施例1中，设计了物光在y方向的频带宽度Δf_r＝Δf_g＝Δf_b＝6line/mm。

二维彩色图像在频域内的采样间隔为

则二值掩模图像在y方向的分辨率为

个像素，而在x方向的衍射角度不受限制，x方向的分辨率与空间光调制器的x方形的分辨率相同，即N_m＝N＝4096。所以，所设计的二值掩模图像为一个分辨率为4096×2160的二值图像，该图像中心的4096×48的区域值为1，而其它位置的值为0。其中的M＝2160为空间光调制器分辨率的行数。N_m×M_m为二值掩模图像中值为1的区域的分辨率。

实施例4，本实施例重点介绍三维彩色全息图的计算方法。本计算方法采用一种新型全息体视图的方法进行全息图的计算，图4(a)为三维彩色全息图计算模型，其中H为全息面，objc为彩色三维物体，P为一个投影平面，使用正投影方法计算三维物体在投影平面上的多个不同方向的投影图像。从投影平面到全息面的点扩散函数可以表示为：

投影角度设置为θ_ix和θ_jx，角度间隔为Δθ_ix和Δθ_jy，其中i和j为图像的编号。则每个投影图像对应的点扩散函数的坐标范围为：

即对于第(i,j)个投影图像的点扩散函数的坐标范围为x_ih1≤x≤x_ih2；y_jh1≤y≤y_ih2。

根据实例2所设计的参数，y方向衍射角度很小，因此在此计算方法中仅在x方向上进行投影计算。根据公式(5)，不同颜色衍射角度不同，此处选择x方向上投影角度选择7°，间隔1°计算正投影图像，视角范围-3.5°到3.5°。从而对于不同颜色分量在x方向上具有相同的衍射角度。获得多个视角的彩色投影图像后，计算投影平面P到全息面H的点扩散函数，在x方向平分为7份，每一份所对应的衍射的角度间隔为1°，与七个视角的彩色投影图像一一对应。即I＝1，J＝7。每个视角下的彩色投影图像的红色、绿色和蓝色分量的二维图像分别与对应的点扩散函数卷积叠加后得到全息面上三个颜色分量物光的复振幅分布U_r、U_g和U_b，可以表示为：

其中imr_i，j、img_i，j和imb_i，j为第(i,j)个投影图像的红色、绿色和蓝色分量的二维图像，psf_i,j(x,y,λ_r)、psf_i,j(x,y,λ_g)和psf_i,j(x,y,λ_b)为由公式(9)规定的坐标范围决定的每个投影图像不同分量对应的点扩散函数。该计算过程如图4(b)所示。全息面上物光三个颜色分量的振幅和相位可以表示为：

其中abs(*)表示对*求模，angle(*)表示对*求相位。当物光波的振幅和相位求得后，使用实施例2中的公式(1)进行计算，编码得到三维彩色全息图。

上述计算中使用的是虚拟三维模型进行投影计算，实现了虚拟三维模型的彩色全息三维显示，但是使用单个相机在不同位置拍摄实际环境中的彩色三维物体的投影图像，或使用相机阵列同时拍实际环境中的彩色三维物体的彩色投影图像亦可使用本发明的计算方法进行彩色全息图的计算和使用本发明的显示系统进行显示，实际彩色三维物体的拍摄和显示仍然在本发明的保护范围之内。

在获得物光的三个颜色分量的复振幅后，将参考光的相位计算在内得到包含参考光相位信息的复振幅分布，并编码为纯相位全息图，该部分的内容仍在本发明的保护范围之内。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种基于白光照明的彩色全息近眼AR显示系统，其特征在于，包括：

光源：用于提供照明光；

准直透镜：用于对来自光源的照明光进行准直，形成平面波；

分光镜：将照射其上的平面波部分反射用于照明空间光调制器；

空间光调制器：用于载入彩色全息图，对照射其上的平面波进行调制，产生调制彩色光场；

4f光学滤波系统：包括两个透镜和空间滤波器，在第一透镜的后焦平面上，放置空间滤波器，对经空间光调制器调制后的彩色光场进行滤波，消除零级光及高级衍射光及其它杂散光的影响，在第二透镜后焦平面附近形成二维彩色图像或三维彩色图像；

AR目镜：对所述二维彩色图像或三维彩色图像进行成像，使人眼看到位于远处的放大的二维彩色图像或三维彩色图像，而环境光不受干扰的进入人眼，实现增强现实显示效果。

2.根据权利要求1所述的一种基于白光照明的彩色全息近眼AR显示系统，其特征在于，所述光源包括点光源，发出发散照明光；所述点光源包括卤素灯白光光源或LED白光光源发出的白光耦合进入光纤，在光纤端口发出发散球面波或LED白光光源。

3.根据权利要求1所述的一种基于白光照明的彩色全息近眼AR显示系统，其特征在于，所述的准直透镜包括双胶合消色差透镜或三胶合消色差透镜。

4.根据权利要求1所述的一种基于白光照明的彩色全息近眼AR显示系统，其特征在于，所述4f光学滤波系统使用的两个透镜包括双胶合消色差透镜或三胶合消色差透镜，所述4f光学滤波系统使用的空间滤波器为狭缝型空间滤波器，狭缝的位置和开孔尺寸均可调节。

5.根据权利要求1所述的一种基于白光照明的彩色全息近眼AR显示系统，其特征在于，所述目镜为自由曲面AR目镜或体全息透镜。

6.根据权利要求1所述的一种基于白光照明的彩色全息近眼AR显示系统，其特征在于，所述空间光调制器包括振幅型空间光调制器或相位型空间光调制器，可以是透射式空间光调制器或反射式空间光调制器。

7.根据权利要求5所述的体全息透镜，其特征在于，所述的体全息透镜包括单片式彩色体全息透镜；或三片单色体全息透镜的堆叠，每一片是对应一个波长的体全息透镜；或两片体全息透镜的堆叠，其中一片是对应一个波长的体全息透镜，而另一片是对应另外两个波长的体全息透镜。三片式或两片式体全息透镜的感光材料可以相同或不同，用于制作单片式彩色体全息透镜或三片式彩色体全息透镜的材料包括银盐感光材料、光致聚合物感光材料和明胶感光材料中的一种或多种。

8.根据权利要求1所述的一种基于白光照明的彩色全息近眼AR显示系统，其特征在于，该系统可制作为两套，分别为人的左眼和右眼提供二维或三维彩图像，用于实现双目的彩色全息近眼二维或三维增强现实显示。

9.一种彩色全息图计算方法，其特征在于，该方法包含二维彩色全息图计算方法和三维彩色全息图计算方法。

10.根据权利要求9所述的一种彩色全息图计算方法，所述二维彩色全息图计算方法具体包含：

(1)根据空间光调制器的参数，设置二维彩色图像红色、绿色和蓝色分量的发光角度、频域带宽、参考光夹角等参数；

(2)将二维彩色图像的三个颜色分量分别进行傅里叶变换，变换结果分别与对应带宽的二值掩模图相乘，之后进行二维傅里叶逆变换，得到全息面上三个颜色分量的复振幅；

(3)三个颜色分量的复振幅与对应的参考光干涉，编码为三张振幅型全息图或相位型全息图；

(4)将三张振幅型或相位型全息图相加，得到二维彩色全息图。

11.根据权利要求9所述的一种彩色全息图计算方法，所述三维彩色全息图计算方法具体包含：

(1)根据空间光调制器的参数，设置三维彩色物体红色、绿色和蓝色分量的发光角度、频域带宽、参考光夹角、三维彩色物体投影角度及间隔等参数；

(2)对三维彩色物体进行多方向投影，计算得到多个二维彩色投影图像；

(3)多个二维彩色投影图像的不同颜色分量分别与对应的点扩散函数卷积并累加，得到三个颜色分量物光的复振幅；

(4)三个颜色分量物光的复振幅分别与对应参考光干涉，编码为三张振幅型全息图或相位型全息图；

(5)将三张振幅型或相位型全息图相加，得到三维彩色全息图。

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