CN112987320B - 一种应用于光斑振幅调制整形的调制图像生成方法 - Google Patents
一种应用于光斑振幅调制整形的调制图像生成方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112987320B CN112987320B CN202110255504.8A CN202110255504A CN112987320B CN 112987320 B CN112987320 B CN 112987320B CN 202110255504 A CN202110255504 A CN 202110255504A CN 112987320 B CN112987320 B CN 112987320B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- spot
- shaping
- modulation
- modulation image
- gray value
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 title claims abstract description 40
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 24
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 9
- 238000012937 correction Methods 0.000 abstract description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 6
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 241001584785 Anavitrinella pampinaria Species 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
- G02B27/0927—Systems for changing the beam intensity distribution, e.g. Gaussian to top-hat
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Control Of Indicators Other Than Cathode Ray Tubes (AREA)
- Facsimile Image Signal Circuits (AREA)
Abstract
本发明提供一种应用于光斑振幅调制整形的调制图像生成方法,弱化调制图像的灰度跳变界线,使其不能对输入光斑产生明显的衍射作用,从而消除整形后输出光斑中的衍射场强度分布,提升整形质量;同时,通过随机矩阵对灰度值矩阵F1的灰度值进行随机涨落,以实现对灰度值矩阵F1的修正,使最终得到的调制图像对输入光斑具有局部匀光作用,输出光斑的光强分布更加均匀。
Description
技术领域
本发明属于光斑整形领域,尤其涉及一种应用于光斑振幅调制整形的调制图像生成方法。
背景技术
光斑整形是一种光学领域常用的技术,用于将光斑的原始振幅分布转换为需要的振幅分布。目前,实现光斑整形的技术有很多种,例如,利用数字微镜阵列、液晶阵列等显示设备及照相胶片、干版等显像材料呈现灰度图,利用呈现的灰度图对入射其上的光斑进行振幅调制从而实现光斑整形;然而,利用数字微镜阵列、液晶阵列等显示设备及照相胶片、干版等显像材料呈现灰度图来调制原始光斑空间振幅分布的方式具有很强的自主性,理论上可以实现任意振幅分布光斑的整形。而数字微镜阵列、液晶阵列等显示设备可以动态显示调制图像,所以利用数字微镜阵列、液晶阵列并添加反馈还可实现光斑的实时动态整形。
上述调制技术的典型系统如下图所示,上图为透射式系统,主要应用于透射式显示器件(例如透射式液晶空间光调制器)或者显像材料(例如照相胶片)作为调制图像显示介质的情况。下图为反射式系统,主要应用于反射式空间光振幅调制器件(例如硅上液晶器件LCoS、数字微镜阵列DMD)作为调制图像显示介质的情况,输入光斑经过准直系统、扩束系统后变为尺寸与调制图像尺寸相匹配的准平行光,之后投射到显示介质呈现的调制图像上,调制图像上每个像素点都有其确定的灰度值,灰度值越高说明此像素点对投射其上的光衰减越小,则经此像素点调制后输出的光振幅则越强,灰度值越低说明此像素点对投射其上的光衰减越大,经此像素点调制后输出光振幅则越弱,以0-255为例,灰度值为0表示对光衰减最严重,光强衰减为0,灰度值为255表示对光无衰减,光强不变,因此可对输入光斑形成空间振幅调制,从而实现整形的目的。
如上所述,原始光斑经准直扩束后投射到调制图像显示介质,调制图像显示介质上呈现的调制图像对光斑进行调制,从而改变光斑的光强空间振幅分布进而实现对输入光斑的整形。显示介质呈现的调制图像为所述技术的核心部分,直接影响光斑整形的质量,而常用的灰度调制图像往往会包含明显尖锐的灰度跳变界线,难以实现灰度的连续渐变,如图2和图3所示,图2为完整图,图3为其中心局部放大图,可以明显看到有一圈圈圆环状界线,而这些界线会对输入光斑形成衍射作用,从而使整形后的输出光斑带有明显的衍射场强度分布,从而降低整形质量。
发明内容
为解决上述问题,本发明提供一种应用于光斑振幅调制整形的调制图像生成方法,所生成的调制图像不包含明显尖锐边界,不会使整形后光斑带有衍射斑,同时可使整形后的光斑强度分布更加均匀,提升整形质量。
一种应用于光斑振幅调制整形的调制图像生成方法,包括以下步骤:
S1:假设调制图像包含M×N个像素,按照设定整形要求确定调制图像上各像素点的灰度值,得到大小为M×N的灰度值矩阵F1;
S2:按照如下公式修正所述灰度值矩阵F1中各像素点的灰度值,得到最终的调制图像:
F2=F1×(I±E×rand(M,N))
其中,F2为修正后的灰度值矩阵,rand(M,N)为M×N个数值在0~1之间的随机值组成的随机矩阵,I为单位矩阵,E为设定常数。
进一步地,常数E根据经验值设定,且常数E越大,各像素点的灰度值的随机涨落越大。
进一步地,所述常数E=0.02。
进一步地,所述M=400,N=400。
进一步地,所述灰度值矩阵F1通过MATLAB按照设定整形要求计算得到。
有益效果:
本发明提供一种应用于光斑振幅调制整形的调制图像生成方法,弱化调制图像的灰度跳变界线,使其不能对输入光斑产生明显的衍射作用,从而消除整形后输出光斑中的衍射场强度分布,提升整形质量;同时,通过随机矩阵对灰度值矩阵F1的灰度值进行随机涨落,以实现对灰度值矩阵F1的修正,使最终得到的调制图像对输入光斑具有局部匀光作用,输出光斑的光强分布更加均匀。
附图说明
图1为现有的光斑振幅调制整形系统结构示意图;
图2为现有灰度调制图像的示意图;
图3为现有灰度调制图像的中心局部放大图;
图4为本发明提供的一种应用于光斑振幅调制整形的调制图像生成方法的流程图;
图5为本发明提出的算法生成的调制图像的示意图;
图6为本发明提出的算法生成的调制图像的中心局部放大图;
图7为现有灰度调制图像对光斑进行整形得到的输出光斑强度分布示意图;
图8为本发明提出的算法生成的调制图像对光斑进行整形得到的输出光斑强度分布示意图;
图9为高斯光斑的强度分布示意图;
图10为现有对高斯光斑整形为平整分布的灰度调制图像;
图11为本发明提出的算法生成的对高斯光斑整形为平整分布的调制图像;
图12为采用图1所示系统由本发明最终调制图像对高斯光斑进行调制整形得到的整形后光斑示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案,下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例一
本发明提出的调制图像生成算法在不改变调制图像整体灰度分布的前提下,又对所有像素点的灰度值做一个小范围随机涨落,如图4所示,其整体生成步骤为:第一步按照整形要求确定每个像素点的灰度值,假设调制图像包含M×N个像素,此处以一个采用MATLAB计算得到的M×N矩阵F1表示此步骤生成图像所有像素点的灰度值分布,第二步对第一步生成的图像的灰度值添加一个小范围随机涨落,其数学过程如下:
F2=F1×(I±E×rand(M,N))
其中,F2为修正后的灰度值矩阵,且F2对应最终得到的调制图像各像素点的灰度值,rand(M,N)为M×N个数值在0~1之间的随机值组成的随机矩阵,I为单位矩阵,E为可根据经验值设定的常数,且E的大小控制随机涨落的幅度,常数E越大,各像素点的灰度值的随机涨落越大。如图5和图6所示,图5的图像的整体灰度分布与图2没有太大的变化,但从图6中心局部放大图来看,灰度跳变界线已经被完全消除。
由此可见,本发明能够弱化调制图像的灰度跳变界线,使其不能对输入光斑产生明显的衍射作用,从而消除整形后输出光斑中的衍射场强度分布,提升整形质量。除此之外,随机涨落对输入光斑具有局部匀光作用,可使输出光斑的光强分布更加均匀。如图7和图8所示,两图为分别使用一般灰度调制图像和本发明提供的生成算法得到的灰度调制图像对光斑进行整形得到的实验效果,可见对比于图8,图7具有明显的圆环状衍射场分布,可见本发明的消衍射作用真实有效。
实施例二
下面以削减高斯光斑中心强度使其光斑更为平整的光斑整形实例来说明本发明提供的算法:
高斯光斑的强度分布如图9所示,光强自中心向边缘逐渐减弱,为使其中心光强更为平整,需调制其振幅空间分布将其光强进行自中心向边缘从强到弱的衰减,从而实现整形的目的。
假设调制图像像素点个数为400×400,则用一个400×400的矩阵A表示输入高斯光斑光强空间分布,第一步取调制图像的灰度值分布为F1=0.5/A,得到的图像如图10所示,经此图调制后的输出光斑中间区域会被整形为平顶,但因为此图包含明显的灰度跳变界线,会导致输出光斑出现衍射场分布。
第二步,对第一步得到的初始灰度图添加涨落,做运算F2=F1×(1±0.02×rand(400,400)),得到最终去除灰度跳变界线的调制图像F2,如图11所示,至此利用本发明提出的算法生成调制图像完成。
之后利用图1所示系统由最终调制图像对输入高斯光斑进行调制即可得到整形后中心光强平整的光斑,其理论光强分布如图12所示。
由此可见,本发明提算法生成的灰度图像不包含明显尖锐边界,不会使整形后光斑带有衍射斑,同时可使整形后的光斑强度分布更加均匀,提升整形质量。
当然,本发明还可有其他多种实施例,在不背离本发明精神及其实质的情况下,熟悉本领域的技术人员当然可根据本发明作出各种相应的改变和变形,但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (5)
1.一种应用于光斑振幅调制整形的调制图像生成方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1:假设调制图像包含M×N个像素,按照设定整形要求确定调制图像上各像素点的灰度值,得到大小为M×N的灰度值矩阵F1;
S2:按照如下公式修正所述灰度值矩阵F1中各像素点的灰度值,得到最终的调制图像:
F2=F1×(I±E×rand(M,N))
其中,F2为修正后的灰度值矩阵,rand(M,N)为M×N个数值在0~1之间的随机值组成的随机矩阵,I为单位矩阵,E为设定常数。
2.如权利要求1所述的一种应用于光斑振幅调制整形的调制图像生成方法,其特征在于,常数E根据经验值设定,且常数E越大,各像素点的灰度值的随机涨落越大。
3.如权利要求1所述的一种应用于光斑振幅调制整形的调制图像生成方法,其特征在于,所述常数E=0.02。
4.如权利要求1所述的一种应用于光斑振幅调制整形的调制图像生成方法,其特征在于,所述M=400,N=400。
5.如权利要求1所述的一种应用于光斑振幅调制整形的调制图像生成方法,其特征在于,所述灰度值矩阵F1通过MATLAB按照设定整形要求计算得到。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202110255504.8A CN112987320B (zh) | 2021-03-09 | 2021-03-09 | 一种应用于光斑振幅调制整形的调制图像生成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202110255504.8A CN112987320B (zh) | 2021-03-09 | 2021-03-09 | 一种应用于光斑振幅调制整形的调制图像生成方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN112987320A CN112987320A (zh) | 2021-06-18 |
CN112987320B true CN112987320B (zh) | 2023-03-28 |
Family
ID=76336170
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202110255504.8A Active CN112987320B (zh) | 2021-03-09 | 2021-03-09 | 一种应用于光斑振幅调制整形的调制图像生成方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN112987320B (zh) |
Family Cites Families (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6577429B1 (en) * | 2002-01-15 | 2003-06-10 | Eastman Kodak Company | Laser projection display system |
JP5410043B2 (ja) * | 2008-07-10 | 2014-02-05 | 浜松ホトニクス株式会社 | 光制御装置および光制御方法 |
CN101907490B (zh) * | 2010-08-24 | 2012-02-08 | 哈尔滨工业大学 | 基于二维细分法的微小光斑强度分布测量方法 |
CN102842116B (zh) * | 2012-06-30 | 2014-12-31 | 南京汇兴博业数字设备有限公司 | 图像内快速响应矩阵码的光照均衡处理方法 |
CN102779332A (zh) * | 2012-07-09 | 2012-11-14 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 时域卡尔曼滤波修正的非线性拟合红外非均匀校正方法 |
DE102014116957A1 (de) * | 2014-11-19 | 2016-05-19 | Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh | Optisches System zur Strahlformung |
CN105023247B (zh) * | 2015-06-24 | 2017-10-24 | 南京理工大学 | 抑制单臂鬼成像离焦模糊的二次成像方法 |
KR102385879B1 (ko) * | 2016-03-16 | 2022-04-11 | 시리얼 테크놀로지즈 에스.에이. | 2 차원 및/또는 3 차원 이미지를 위한 디스플레이 |
CN109785245B (zh) * | 2018-12-06 | 2023-03-24 | 江苏大学 | 一种光斑图像修整方法 |
-
2021
- 2021-03-09 CN CN202110255504.8A patent/CN112987320B/zh active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN112987320A (zh) | 2021-06-18 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5419352B2 (ja) | デュアル変調器ディスプレイ上での高速画像レンダリング | |
DE60123468T2 (de) | Verfahren und vorrichtung zur erzeugung einer phasenmodulierten wellenfront elektromagnetischer strahlung | |
US8553302B2 (en) | Method for encoding computer-generated holograms using a correction function | |
US11659146B2 (en) | Temporal modeling of phase modulators in multi-modulation projection | |
KR102241604B1 (ko) | 홀로그래픽 프로젝션을 위한 디스플레이 장치에의 픽셀 매핑 | |
JP2016143037A (ja) | 空間位相変調器 | |
CN112987320B (zh) | 一种应用于光斑振幅调制整形的调制图像生成方法 | |
CN115456185A (zh) | 一种构建量子逻辑门的方法和装置 | |
Ye et al. | Robust phase retrieval with green noise binary masks | |
WO2018211878A1 (ja) | 位相変調データ生成装置、照明装置、およびプロジェクタ | |
EP3817377B1 (en) | Device, system and method for modulating light using a phase light modulator and a spatial light modulator | |
CN113096205B (zh) | 一种应用于光斑整形的二值图像的生成方法 | |
US4383262A (en) | Laser data recording method | |
JP7547391B2 (ja) | 投影装置、情報処理装置及び駆動回路 | |
JP2006078686A (ja) | ホログラム記録方法及び装置 | |
US20210092339A1 (en) | Method and apparatus for analyzing an imaging quality of an imaging system | |
CN115705829A (zh) | 分区调光控制方法、装置、终端设备和存储介质 | |
Shimobaba et al. | Comparison of double-phase hologram and binary amplitude encoding: holographic projection and vortex beam generation | |
JP3430531B2 (ja) | 光刻印装置 | |
KR20210037523A (ko) | 액정디스플레이 장치를 사용한 홀로그램 디스플레이 | |
US20220137556A1 (en) | Operation method for digital hologram implementation device | |
CN105209975A (zh) | 声光调制器的装置和调制原理 | |
US5886773A (en) | Method and apparatus for controlling exposure | |
WO2023020371A1 (zh) | 图像显示方法、装置、电子设备及存储介质 | |
Krueger et al. | New challenges for spatial light modulators: laser beam splitting and beam shaping, and reconstruction of digital holograms |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |