CN114121047B - 体全息存储系统和电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请提出一种体全息存储系统，包括：上位机和全息存储装置，上位机与全息存储装置相连，其中，全息存储装置包括光源组件、光处理组件、空间光调制器和移动平台，其中，上位机分别与光源组件、光处理组件、移动平台和空间光调制器相连，其中，移动平台上设置有体全息存储介质；上位机，用于获取目标场景的多张全息图；上位机，还用于控制空间光调制器依次加载多张全息图，并控制光源组件提供与空间光调制器当前加载的全息图的颜色分量所对应颜色的初始光束；光处理组件和空间光调制器，用于对初始光束进行处理，以得到目标场景的目标物光和目标参考光，并对目标物光和目标参考光进行干涉，以在体全息存储介质上存储3D图像。

Description

体全息存储系统和电子设备

技术领域

本申请涉及体全息存储技术领域，尤其涉及一种体全息存储系统和电子设备。

背景技术

现有存储技术按照数据维度可以分为两大类，一类是二维存储（磁存储、半导体存储和传统光盘存储），这些存储方式较为成熟，并且也在不断探索如何提高存储容量和密度，但是这些存储手段正在逐渐接近其物理存储极限。

目前，相关的数据存储技术受到了物理条件的限制，难以大幅度提高存储容量和密度。

发明内容

本申请旨在至少在一定程度上解决上述技术中的技术问题之一。

为此，本申请的第一个目的在于提出一种体全息存储系统，能够实现3D图像的存储，且可大幅度提高数据存储能力。

本申请的第二个目的在于提出一种电子设备。

为达到上述目的，本申请第一方面实施例提出了一种体全息存储系统，包括：上位机和全息存储装置，所述上位机与所述全息存储装置相连，其中，所述全息存储装置包括光源组件、光处理组件、空间光调制器和移动平台，其中，所述上位机分别与所述光源组件、所述光处理组件、所述移动平台和所述空间光调制器相连，其中，所述移动平台上设置有体全息存储介质；所述上位机，用于获取目标场景的多张全息图；所述上位机，还用于控制所述空间光调制器依次加载所述多张全息图，并控制所述光源组件提供与所述空间光调制器当前加载的全息图的颜色分量所对应颜色的初始光束；所述光处理组件和所述空间光调制器，用于对所述初始光束进行处理，以得到所述目标场景的目标物光和目标参考光，并对所述目标物光和所述目标参考光进行干涉，以在所述体全息存储介质上存储3D（ThreeDimensional，三维图形）图像。

本申请实施例的体全息存储系统，通过上位机获取目标场景的多张全息图，并通过上位机控制空间光调制器依次加载多张全息图，以及控制光源组件提供与空间光调制器当前加载的全息图的颜色分量所对应颜色的初始光束，并通过光处理组件和空间光调制器对初始光束进行处理，以得到目标场景的目标物光和目标参考光，以及对目标物光和目标参考光进行干涉，以在体全息存储介质上存储3D图像。由此，能够实现3D图像的存储，且可大幅度提高数据存储能力。

另外，根据本申请上述实施例提出的体全息存储系统还可以具有如下附加的技术特征：

根据本申请的一个实施例，所述上位机，具体用于：通过立体相机对所述目标场景进行监控，以得到立体视频监控数据，其中，所述立体视频监控数据为全彩色立体视频监控数据；对所述立体视频监控数据进行逐帧提取，以生成多组深度图和强度图；根据所述多组深度图和强度图，生成所述多张全息图，其中，所述多张全息图包括所述立体视频监控数据中不同帧的红光分量全息图、绿光分量全息图和蓝光分量全息图。

根据本申请的一个实施例，所述光源组件包括白激光器、衰减片、色轮、第一半波片和扩束组件，所述扩束组件包括空间滤波器、光阑和第一透镜，其中，所述白激光器、所述衰减片、所述色轮、所述第一半波片、所述空间滤波器、所述光阑和所述第一透镜，依次设置在一条直线上，其中，所述上位机与所述色轮相连；所述白激光器，用于产生白光；所述衰减片，用于对所述白光进行衰减，以得到衰减后的白光；所述上位机，具体用于控制所述色轮进行颜色的切换，以将所述衰减后的白光转换为颜色光；所述第一半波片和所述扩束组件，用于依次对所述颜色光进行处理，以得到所述初始光束。

根据本申请的一个实施例，所述光处理组件包括偏振分光棱镜PBS（PolarizationBeam Splitter，偏振分光棱镜）、第二透镜、第一四分之一波片和第一电子快门，其中，所述偏振分光棱镜PBS设置在所述第一透镜的后面，且所述第一透镜、所述偏振分光棱镜PBS、所述空间光调制器、所述第二透镜、所述第一四分之一波片和所述第一电子快门依次设置在一条直线上；所述偏振分光棱镜PBS，用于对所述初始光束进行分束，以生成第一光束和第二光束，其中，所述第一光束和所述第二光束的偏振方向不同；所述空间光调制器，用于对所述第一光束进行调制和透射形成所述目标场景的初始物光；所述第二透镜、所述第一四分之一波片和所述第一电子快门，用于依次对所述初始物光进行处理，其中，所述第二透镜和所述第一四分之一波片，用于对所述初始物光进行聚焦和偏振态转换，以得到所述目标物光，并将所述目标物光聚焦在所述体全息存储介质的图存储单元上，其中，所述图存储单元包括存储基元。

根据本申请的一个实施例，所述光处理组件还包括缩束组件，其中，所述缩束组件包括第三透镜、第四透镜和第二半波片，其中，所述第三透镜设置在所述偏振分光棱镜PBS的一侧，所述第三透镜、所述第四透镜和所述第二半波片依次设置在一条直线上，其中，所述第三透镜和所述空间光调制器所在的直线相互垂直；所述缩束组件，用于对所述第二光束进行缩束，以得到所述目标场景的初始参考光。

根据本申请的一个实施例，所述光处理组件还包括反射镜、第二电子快门、第五透镜和第二四分之一波片，其中，所述反射镜以第一预设角度设置在所述缩束组件的一侧，所述反射镜，用于将所述初始参考光反射至所述第二电子快门；所述第二电子快门、所述第五透镜和所述第二四分之一波片依次设置在一条直线上；所述第二电子快门、所述第五透镜和所述第二四分之一波片，用于依次对所述初始参考光进行处理，其中，所述第五透镜和所述第二四分之一波片，用于对所述初始参考光进行聚焦和偏振态转换，以得到所述目标参考光，并将所述目标参考光聚焦在所述图存储单元上。

根据本申请的一个实施例，所述图存储单元，用于接收所述目标物光和所述目标参考光干涉生成的所述3D图像，并将所述3D图像进行存储，其中，所述3D图像包括全彩色3D图像，所述目标物光和所述目标参考光的夹角为第二预设角度，所述目标物光和所述目标参考光为相干光。

根据本申请的一个实施例，所述上位机还分别与所述第一电子快门和第二电子快门相连，所述体全息存储系统还包括：数据读取装置，所述数据读取装置包括第三四分之一波片、偏振片、第六透镜和数据读取相机，其中，所述第三四分之一波片设置在所述移动平台的下方，且所述第三四分之一波片、所述偏振片、所述第六透镜和所述数据读取相机依次设置在一条直线上；所述上位机，还用于在对所述体全息存储介质进行数据读取时，控制所述第二电子快门打开，并控制所述第一电子快门关闭；所述图存储单元，还用于根据所述目标参考光进行衍射，以生成所述图存储单元的衍射光，其中，所述衍射光包括所述目标物光；所述第三四分之一波片、所述偏振片和所述第六透镜，用于对所述目标物光进行偏振态转换、偏振处理和准直，以得到图像物光；所述数据读取相机，用于根据所述图像物光生成所述3D图像，并将所述3D图像提供给用户。

根据本申请的一个实施例，所述上位机，还用于：根据预设的控制策略控制所述移动平台移动和/或旋转，其中，所述移动平台由透光材质构建。

为达到上述目的，本申请第二方面实施例提出了一种电子设备，包括前述所述的体全息存储系统。

本申请实施例的电子设备，通过上述的体全息存储系统，能够实现3D图像的存储，且可大幅度提高数据存储能力。

附图说明

本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解。

图1为根据本申请一个实施例的体全息存储系统的方框示意图。

图2为根据本申请一个实施例的光源组件的方框示意图。

图3为根据本申请一个实施例的体全息存储系统的结构示意图。

图4为根据本申请一个实施例的光处理组件的方框示意图。

图5为根据本申请另一个实施例的体全息存储系统的结构示意图。

图6为根据本申请另一个实施例的光处理组件的方框示意图。

图7为根据本申请一个实施例的缩束组件的方框示意图。

图8为根据本申请另一个实施例的体全息存储系统的结构示意图。

图9为根据本申请另一个实施例的光处理组件的方框示意图。

图10为根据本申请另一个实施例的体全息存储系统的结构示意图。

图11为根据本申请一个实施例的图存储单元的存储基元分布示意图。

图12为根据本申请另一个实施例的体全息存储系统的方框示意图。

图13为根据本申请另一个实施例的体全息存储系统的结构示意图。

图14为根据本申请一个实施例的电子设备的方框示意图。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

下面参照附图描述本申请实施例的体全息存储系统。

图1为根据本申请一个实施例的体全息存储系统的方框示意图。

如图1所示，本申请实施例的体全息存储系统100，可包括：上位机110和全息存储装置120，上位机110与全息存储装置120相连，其中，全息存储装置120可包括光源组件121、光处理组件122、空间光调制器123和移动平台124，其中，上位机110分别与光源组件121、光处理组件122、移动平台124和空间光调制器123相连，其中，移动平台124上设置有体全息存储介质（图中未示出）。

上位机110，用于获取目标场景的多张全息图。

为了清楚说明上一实施例，在本申请的一个实施例中，上位机110可具体用于：通过立体相机对目标场景进行监控，以得到立体视频监控数据，其中，立体视频监控数据可为全彩色立体视频监控数据，并对立体视频监控数据进行逐帧提取，以生成多组深度图和强度图，以及根据多组深度图和强度图，生成多张全息图。其中，多张全息图可包括立体视频监控数据中不同帧的红光分量全息图、绿光分量全息图和蓝光分量全息图。

在本申请实施例中，相关工作人员可预先将立体相机布置于目标场景前，使得立体相机可对目标场景进行监控，即对目标场景进行实时视频录制，以得到该目标场景的立体视频监控数据。其中，目标场景可包括煤矿的各类工作场景（目标场景），例如，煤矿的各个采掘工作面和巷道等工作场景。其中，立体相机可包括双目相机、RGB-D(Red 红，Green绿，Blue 蓝，Depth Map，深度图)相机等。应说明的是，该实施例所描述的立体相机与上位机110相连，以便于将立体视频监控数据发送至上位机110。

具体地，预先布置好的立体相机可对目标场景进行监控，以得到立体视频监控数据，并将该立体视频监控数据发送至上位机110，上位机110接收到该立体视频监控数据后，可调用自身储存空间中的帧提取工具对该立体视频监控数据进行逐帧提取，得到多帧3D图像，而后可根据该多帧3D图像中的每一帧3D图像得到一组深度图和强度图，以此得到多组深度图和强度图。

其中，深度图可为灰度图，强度图可为RGB（Red（红色）、Green（绿色）、Blue（蓝色））全彩色图像。

进一步地，根据三基色原理，对于任意一副全彩色图像都可以分为RGB三个通道的分量图，因此，对于上述每一组深度图和强度图，可将强度图分为RGB三通道的三幅图像（红色通道的强度图、绿色通道的强度图和蓝色通道的强度图），而保持深度图不变，而后可分别根据该三幅图像和深度图，设定重建距离、波长、像素尺寸和分层数量，利用计算全息算法计算出不同RGB通道下的三张全息图（红光分量全息图、绿光分量全息图和蓝光分量全息图）。其中，三维物体的计算全息算法种类较多，例如点元法、面元法和层析法等，由于层析法的计算速度较快且重建质量好，可优选层析法分别根据上述三幅不同RGB通道的强度图计算出三张不同RGB通道下的全息图。

其中，根据深度图和红色通道的强度图可生成红光分量全息图，根据深度图和绿色通道的强度图可生成绿光分量全息图，根据深度图和蓝色通道的强度图可生成蓝光分量全息图。

由此，能够得到立体视频监控数据中每一帧3D图像的一组红光分量全息图、绿光分量全息图和蓝光分量全息图，为后续对立体视频监控数据中每一帧3D图像的存储提供不同颜色分量的全息图。

上位机110，还用于控制空间光调制器123依次加载多张全息图，并控制光源组件121提供与空间光调制器123当前加载的全息图的颜色分量所对应颜色的初始光束。

其中，空间光调制器123可为LCOS（Liquid Crystal on Silicon，硅基液晶）材质的空间光调制器，其具体参数可参见下表a。

液晶类型	透射式
		像素	1024×768
灰阶等级	256灰阶
		液晶尺寸	36.9mm×27.6mm
像素尺寸	36 μm
		光谱范围	400nm–850nm
反射率	28%

表a

需要说明的是，该实施例中所描述的空间光调制器123也可为其他透明材质的空间光调制器，此处不做任何限定。

在本申请实施例中，光源组件121可提供红色、绿色和蓝色三种颜色的初始光束。

具体地，上位机110在得到上述多张全息图后，可将该多张全息图发送至空间光调制器123，由空间光调制器123接收并进行加载，在空间光调制器123接收到该多张全息图后，上位机110可该空间光调制器123依次加载该多张全息图，并控制光源组件121提供与该空间光调制器123当前加载的全息图的颜色分量所对应的初始光束。

举例而言，若空间光调制器123当前加载的是红光分量全息图，则上位机110可控制光源组件121提供红色初始光束；若空间光调制器123当前加载的是绿光分量全息图，则上位机110可控制光源组件121提供绿色初始光束；若空间光调制器123当前加载的是蓝光分量全息图，则上位机110可控制光源组件121提供绿色初始光束。

为了清楚说明上一实施例，在本申请的一个实施例中，如图2所示，光源组件121可包括白激光器200、衰减片210、色轮220、第一半波片230和扩束组件240。扩束组件240可包括空间滤波器241、光阑242和第一透镜243，其中，参见图3，白激光器200、衰减片210、色轮220、第一半波片230、空间滤波器241、光阑242和第一透镜243，依次设置在一条直线上。其中，上位机110与色轮220相连，白激光器200，用于产生白光，衰减片210，用于对白光进行衰减，以得到衰减后的白光，上位机110，具体用于控制色轮220进行颜色的切换，以将衰减后的白光转换为颜色光，第一半波片230和扩束组件240，用于依次对颜色光进行处理，以得到初始光束。

其中，色轮220可在三基色（红绿蓝）之间进行切换，以产生相应的单色光。

在本申请实施例中，白激光器200可产生宽波段、高亮度、高准直度的白光，并射入衰减片210，而后射入色轮220，该白光在经过色轮220后可产生单色光，（红光、绿光和蓝光中的一种），该单色光在依次第一半波片230和扩束组件240后可得到该单色光对应颜色的初始光束。

其中，衰减片210可用于调整单色光的光强，第一半波片230可用于调整光强比，扩束组件240可用于对单色光进行扩束。

具体地，在体全息存储系统100正常工作时，上位机110可基于波长复用控制空间光调制器123依次循环加载一组不同颜色分量的全息图（即红光分量全息图、绿光分量全息图和蓝光分量全息图），并控制色轮220旋转到与空间光调制器123当前加载的全息图的颜色分量所对应的颜色区间，从而将白光转换为对应颜色的单色光，该单色光射入空间滤波器241后，由空间滤波器241滤除其噪声干扰，而后射入光阑242，由光阑242调整光束的形状（通常调整为圆形或者正方形），并在整形后射入第一透镜243，以得到平行单色光，即初始光束。

其中，不同颜色分量的全息图的加载顺序可根据实际情况和需求进行标定。

举例而言，当空间光调制器123当前加载的是红光分量全息图时，上位机110可控制色轮220旋转到红色区间，从而将白光转换为红色光，该红色光依次经过空间滤波器241、光阑242和第一透镜243后可得到红色初始光束；当空间光调制器123当前加载的是绿光分量全息图时，上位机110可控制色轮220旋转到绿色区间，从而将白光转换为绿色光，该绿色光依次经过空间滤波器241、光阑242和第一透镜243后可得到绿色初始光束；当空间光调制器123当前加载的是蓝光分量全息图时，上位机110可控制色轮220旋转到蓝色区间，从而将白光转换为蓝色光，该蓝色光依次经过空间滤波器241、光阑242和第一透镜243后可得到蓝色初始光束。

需要说明的是，该实施例中所描述的波长复用为：在空间光调制器123循环加载三种RGB分量全息图的过程中，每个加载时间内，光源组件121只提供（开启）一种对应颜色的初始光束，而另外两种颜色的初始光束处于关闭状态，在三种颜色的初始光束循环开启后，可将三种颜色分量的全息图复用于体全息存储介质中进行储存。其中，为了减小每种颜色初始光束的波长之间的串扰，复用时间间隔（即，加载时间）应尽可能小，例如，红色初始光束、绿色初始光束和蓝色初始光束每次只开启0.2秒。

进一步地，上位机110基于波长复用控制空间光调制器123依次循环加载完一组不同颜色分量的全息图，可继续基于波长复用控制空间光调制器123依次循环加载下一组不同颜色分量的全息图，直至加载完所有的全息图。

本申请实施例采用白激光器和色轮结合生成三基色单光（红色光、绿色光和蓝色光），实现了波长复用（即每次只产生一种单色光），而无需使用RGB三个激光器，降低了系统成本和复杂度。另外，通过色轮控制RGB三通道单色光的开启时长，可控制RGB的能量配比，使得记录得到的全彩色全息图的色差较小。

光处理组件122和空间光调制器123，用于对初始光束进行处理，以得到目标场景的目标物光和目标参考光，并对目标物光和目标参考光进行干涉，以在体全息存储介质上存储3D图像。其中，目标物光和目标参考光可为相干光。

为了清楚说明上一实施例，在本申请的一个实施例中，如图4所示，光处理组件122可包括偏振分光棱镜PBS400、第二透镜410、第一四分之一波片420和第一电子快门430，其中，参见图5，偏振分光棱镜PBS300设置在第一透镜243的后面，且第一透镜243、偏振分光棱镜PBS400、空间光调制器123、第二透镜410、第一四分之一波片420和第一电子快门430依次设置在一条直线上。偏振分光棱镜PBS400，用于对初始光束进行分束，以生成第一光束和第二光束，其中，第一光束和第二光束的偏振方向不同。空间光调制器123，用于对第一光束进行调制和透射形成目标场景的初始物光。第二透镜410、第一四分之一波片420和第一电子快门430，用于依次对初始物光进行处理，其中，第二透镜410和第一四分之一波片420，用于对初始物光进行聚焦和偏振态转换，以得到目标物光，并将目标物光聚焦在体全息存储介质的图存储单元上，其中，图存储单元可包括存储基元（例如，一个存储基元），其中，一个存储基元可以是一个像素点。

其中，第一电子快门430与上位机110相连，上位机110可控制第一电子快门430的开启和关闭。

具体地，参见图5，在体全息存储系统100正常工作时，上述初始光束射入偏振分光棱镜PBS400，该偏振分光棱镜PBS400可将该初始光束进行分束，以产生偏振方向不同第一光束（图5中z轴（竖直）方向的光束）和第二光束（图5中x轴（水平）方向的光束），其中，第一光束为P偏振，第二光束为S偏振。而后，第一光束射入空间光调制器123，由该空间光调制器123对该第一光束进行调制和透射，以得到目标场景的初始物光，而后该初始物光射入第二透镜410，由第二透镜410对该初始物光进行聚焦，在该初始物光聚焦的过程中，依次射入第一四分之一波片420和第一电子快门430，最终聚焦在体全息存储介质的图存储单元的存储基元上。其中，初始物光在射入第一四分之一波片420时，可旋转该第一四分之一波片420将该初始物光由P偏振（线偏振）转换为左旋圆偏振或右旋圆偏振。初始物光在转变为左旋圆偏振或右旋圆偏振后，射入第一电子快门430，此时，上位机110可控制该第一电子快门430的开启时长，从而控制第一光束的曝光时间，以控制存储于图存储单元中的全息图的衍射效率。

需要说明的是，对于第一四分之一波片420的旋转控制，可以通过人工旋转控制，也可以外接一个旋转控制装置，该旋转控制装置可与上位机110连接，从而通过上位机110控制该旋转控制装置旋转该第一四分之一波片420。

由此，能够得到目标物光，并能够将目标物光聚焦在体全息存储介质的图存储单元上的存储基元上。

进一步地，在本申请的一个实施例中，如图6所示，光处理组件122还可包括缩束组件440，其中，如图7所示，缩束组件440可包括第三透镜441、第四透镜442和第二半波片443。其中，参见图8，第三透镜441设置在偏振分光棱镜PBS400的一侧，第三透镜441、第四透镜442和第二半波片443依次设置在一条直线上，其中，第三透镜441和空间光调制器123所在的直线相互垂直。缩束组件440，用于对第二光束进行缩束，以得到目标场景的初始参考光。

在本申请实施例中，第三透镜441和第四透镜442可组成4f系统（线性光学信息处理系统）对第二光束进行缩束。其中，第三透镜441可为长焦透镜，第四透镜442可为短焦透镜，可选取不同焦距组合的第三透镜441和第四透镜442，以得到不同倍率缩小后的光束（即，初始参考光）。

具体地，在体全息存储系统100正常工作时，上述第二光束依次射入第三透镜441、第三透镜442和第二半波片443，该第二光束在射入第三透镜441和第四透镜442时，通过第三透镜441和第四透镜442缩小第二光束的光束直径，并在缩小完光束直径后，射入第二半波片443，通过该第二半波片443调整其偏振态为水平线偏振光（P光），以得到目标场景的初始参考光。

进一步地，在本申请的一个实施例中，如图9所示，光处理组件122还可包括反射镜900、第二电子快门910、第五透镜920和第二四分之一半波片930。其中，参见图10，反射镜900以第一预设角度设置在缩束组件440的一侧，反射镜900，用于将初始参考光反射至第二电子快门910，第二电子快门910、第五透镜920和第二四分之一波片930依次设置在一条直线上，第二电子快门910、第五透镜920和第二四分之一波片930，用于依次对初始参考光进行处理，其中，第五透镜920和第二四分之一波片930，用于对初始参考光进行聚焦和偏振态转换，以得到目标参考光，并将目标参考光聚焦在图存储单元上。

其中，第二电子快门910与上位机110相连，上位机110可控制第二电子快门910的开启和关闭。

需要说明的是，该实施例中所描述的第一预设角度可根据实际情况和需求进行标定，此处不做任何限定。

具体地，在体全息存储系统100正常工作时，上述初始参考光射入反射镜900，由该反射镜900对该初始参考进行反射，反射后的初始参考光依次射入第二电子快门910、第五透镜920和第二四分之一波片930，以得到目标参考光。在反射后的初始光束射入第二电子快门910时，上位机110可控制该第二电子的开启时长，从而控制初始参考光的曝光时间。而后，该初始光束射入第五透镜920，该第五透镜920可对初始参考光进行聚焦，在初始参考光聚焦的过程中，该初始参考光射入第二四分之一波片930，此时，可旋转该第二四分之一波片930将该初始参考光由P偏振（线偏振）转换为右旋圆偏振，以得到目标参考光，最终，该目标参考光焦距在图存储单元的存储基元上。

需要说明的是，目标物光和目标参考光聚焦在图存储单元的同一个存储基元上，即目标物光与目标参考光重合。

由此，能够将目标物光和目标参考光聚焦在同一存储基元上，使得后续能够将3D图像能够存储于一个存储基元上，从而提高信息存储的密度。

为了清楚说明上一实施例，在本申请的一个实施例中，图存储单元，用于接收目标物光和目标参考光干涉生成的3D图像，并将3D图像进行存储，其中，3D图像可包括全彩色3D图像，目标物光和目标参考光的夹角为第二预设角度。应说明的是，该实施例中所描述的第二预设角度可根据实际情况和需求进行标定，此处不做任何限定。

在本申请实施例中，图存储单元的存储基元可用于接收目标物光和目标参考光干涉生成的3D图像，并将该3D图像进行存储。

具体地，上述目标物光和目标参考光重合时，即目标物光和目标参考光聚焦在图存储单元的存储基元（即，同一个存储基元）上时，该目标物光和目标参考光可进行干涉，生成3D图像。其中，通过上述波长复用，可分别将RGB三种颜色分量的目标物光和目标参考光进行干涉，生成RGB三种颜色分量的3D图像，该RGB三种颜色分量的3D图像存储于图存储单元的存储基元中，并融合为全彩色3D图像。由此，能够实现在图存储单元的存储基元中存储全彩色3D图像。

需要说明的是，上述目标物光和目标参考光聚焦的点的直径通常小于1毫米。

由此，能够将3D图像存储于图存储单元的存储基元上，从而大幅度提高信息的存储密度，以实现大数据存储。

进一步地，在本申请的一个实施例中，上位机110，还可用于根据预设的控制策略控制移动平台124移动和/或旋转，其中，移动平台124可由透光材质构建。其中，预设的控制策略可根据实际情况和需求进行标定。

在本申请实施例中，参见图10，可将体全息存储介质粘贴在移动平台124上，通过该移动平台124带动该体全息存储介质旋转。

其中，体全息存储介质可优选光致聚合物，该光致聚合物可为可见光波段敏感类型，其厚度应大于1毫米，以存储更多的信息，并实现角度复用。

具体地，在上述图存储单元对全彩色3D图像进行存储的过程中，每完成一帧的3D图像的存储后，上位机110可基于角度复用按照预设的角度间隔控制移动平台124旋转，以带动体全息存储介质旋转，使得体全息存储介质的图存储单元能够储存多帧的3D图像，以实现在读取储存的3D图像时，能够读取到动态显示的3D图像。其中，上位机110控制移动平台124旋转的过程中，保持目标物光和目标参考的角度（即，第二预设角度）不变。其中，上位机110每一次控制移动平台124旋转后，移动平台124需静置一段时间，并等到移动平台124稳定后，上位机110再控制移动平台124进行下一次的旋转。

需要说明的是，该实施例中所描述的预设的角度间隔可根据实际情况和需求进行标定，此处不做任何限定，当对于3D图像动态显示的连续性要求较高时，预设的角度间隔应较小，例如0.1度。其中，最小预设的角度间隔通常稍大于布拉格选择角，最小预设的角度间隔的计算公式如下述公式（1）：

（1）

其中，

可表示预设的角度间隔，L可表示体全息存储介质的厚度，

可表示布拉格角，

可表示波长。

由此，能够存储多个角度的3D图像，使得读取时能够读取到动态显示的3D图像。

作为一种可能的情况，参见图11，在完成图存储单元的存储基元的3D图像存储后，上位机110可基于位移复用控制移动平台124带动体全息存储介质在水平方向（图11的x轴方向）或垂直方向（图11的y轴方向）进行平移，由于目标物光和目标参考光聚焦的位置保持不变，在体全息存储介质的位置发生移动后，目标物光和目标参考光会焦距于下一个图存储单元（例如，下一个存储基元），并通过下一存储基元对下一个3D图像进行存储。由此，能够实现体全息存储介质的不同存储基元（即，图存储单元）的3D图像的存储，从而能够存储大量的信息数据。

应说明的是，该实施例中所描述的位移复用为：上位机110每次只控制移动平台124移动一个图存储单元的位置（例如，一个存储基元的位置），使得目标物光和目标参考光能够聚焦于的体全息存储介质上所有的存储基元（即，图存储单元）。

具体地，参见图11，体全息储存介质可包括多个图存储单元（即，存储基元），上位机110可控制移动平台124带动体全息储存介质按照“弓”字型方式进行移动，以遍历体全息储存介质的每个图存储单元，或者，上位机110可控制移动平台124带动体全息储存介质按照“回”字型螺旋方式进行移动，以遍历体全息储存介质的每个图存储单元，从而能够使得体全息储存介质的每个图存储单元都能够存储3D图像。

进一步地，在本申请实施例中，可基于偏振态复用通过第一四分之一波片420将上述初始物光由P偏振转换为左旋圆偏振或右旋圆偏振，以得到左旋圆偏振或右旋圆偏振的目标物光。

其中，偏振态复用指的是利用体全息的衍射特性，通过改变目标物光的偏振态得到不同的复用通道，以此进行全息图复用的一种方式，通过偏振态复用能够为体全息存储的多路复用提供更多的自由度。其中，全息图的衍射重建过程需要保持目标参考光的偏振态右旋圆偏振为不变，因此，只能通过改变目标物光的偏振态得到不同的复用通道。为了减小不同复用通道的串扰，通常采用正交偏振态来进行复用，正交偏振态通常有两种类型，线偏振的垂直-水平(S-P)正交偏振，以及圆偏振的左旋-右旋(L-R)正交偏振。由于圆偏振正交的衍射效率差异较小，因此可采用不同圆偏振态进行复用，例如，目标参考光和目标物光均为右旋圆偏振（R-R），以及目标参考光和目标物光分别为右旋圆偏振和左旋圆偏振（R-L）。

具体地，假设在初始时，目标物光的圆偏振态为左旋圆偏振，目标参考光的圆偏振态为右旋圆偏振，在基于左旋圆偏振的目标物光和右旋圆偏振的目标参考光，完成上述波长复用、角度复用和位移复用后，即完成所有的图存储单元的存储操作后，初始化移动平台124，使得移动平台124回归到初始位置，并旋转第一四分之一波片420将初始物光由P偏振转换为右旋圆偏振，以得到右旋圆偏振的目标物光，在得到右旋圆偏振的目标物光后，基于右旋圆偏振的目标物光和右旋圆偏振的目标参考光，重复上述波长复用、角度复用和位移复用，以重新对所有的图存储单元进行存储操作。由此，能够实现偏振态复用，从而实现两个偏振通道的复用存储。

在基于上述波长复用、角度复用、位移复用和偏振态复用完成所有3D图像的存储后，可对存储的3D图像进行读取。在本申请的一个实施例中，如图12所示，体全息存储系统100还可包括数据读取装置130，数据读取装置130可包括第三四分之一波片131、偏振片132、第六透镜133和数据读取相机134。其中，参见图13，第三四分之一波片131设置在移动平台124的下方，且第三四分之一波片131、偏振片132、第六透镜133和数据读取相机134依次设置在一条直线上。

上位机110，还可用于在对体全息存储介质进行数据读取时，控制第二电子快门910打开，并控制第一电子快门430关闭。

具体地，在体全息存储介质进行数据读取时，白激光器200开启，上位机110控制第二电子910快门打开，并控制第一电子快门430关闭，以提供目标参考光，实现后续对体全息存储介质的数据读取。

图存储单元，还可用于根据目标参考光进行衍射，以生成图存储单元的衍射光，其中，衍射光可包括目标物光。

具体地，上述目标参考光可照射到体存储介质的图存储单元上，该图存储单元可根据目标参考光进行衍射，以生成目标物光。

第三四分之一波片131、偏振片132和第六透镜133，用于对目标物光进行偏振态转换、偏振处理和准直，以得到图像物光。

在本申请实施例中，在对体全息存储介质进行数据读取时，上述目标物光依次射入第三四分之一波片131，偏振片132和第六透镜133，其中，若目标物光的偏振态为左旋圆偏振，则第三四分之一波片131可将该目标物光的偏振态转换为S偏振，若目标物光的偏振态为右旋圆偏振，则第三四分之一波片131可将该目标物光的偏振态转换为P偏振。偏振片132具有选择性，当读取基于左旋圆偏振的目标物光存储的3D图像时，偏振片132可将目标物光调节为S偏振，使得相机能够拍摄到左旋通道的波前重建结果，即基于左旋圆偏振的目标物光存储的3D图像；当读取基于右旋圆偏振的目标物光存储的3D图像时，偏振片132可将目标物光调节为P偏振，使得相机能够拍摄到右旋通道的波前重建结果，即基于右旋圆偏振的目标物光存储的3D图像。第六透镜133可将目标物光准直为平行光束，以得到图像物光。

进一步地，在对体全息存储介质进行数据读取的过程中，还可进行波长复用重建、角度复用重建、位移复用重建和偏振态复用重建，以读取体存储介质上每个图存储单元（即存储基元）中存储的所有3D图像。

其中，波长复用重建：上位机110可按照与存储3D图像时相同的时序和时间间隔控制色轮220在RGB三种颜色之间的切换，即上位机110可基于上述的波长复用以同样的方式对色轮220进行控制，以产生RGB三种颜色分量的单色光，并控制每种单色光的开启时长与存储3D图像时的时长相同，以达到重建波长复用的目的，使得相机能够拍摄到全息图的全彩色立体重建像（即存储的3D图像），或者人眼可观察到全息图的全彩色立体重建像（即3D图像）。

角度复用重建：上位机110可控制移动平台124基于上述的角度复用按照上述预设的角度间隔均匀旋转，使得相机能够拍摄到体全息存储介质衍射重建的多幅全彩色立体重建像（即存储的3D图像），或者人眼可以观察到体全息存储介质衍射重建的多幅全彩色立体重建像（即存储的3D图像）。

偏振态复用重建：上位机110控制移动平台124回归到初始位置，而后基于上述的偏振态复用，以存储3D图像时同样的方式控制移动平台124进行移动，以读取体存储介质上每个图存储单元（即存储基元）中存储的所有3D图像。

数据读取相机134，用于根据图像物光生成3D图像，并将3D图像提供给用户。其中，数据读取相机134可为CCD（Charge Coupled Device，电荷耦合器件）相机或CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体）相机。

具体地，在得到上述图像物光后，该图像物光射入数据读取相机134，该读取相机134，可根据该图像物光生成3D图像，并将该3D图像提供给用户，例如，将该3D图像通过数据读取相机134自带的显示屏进行显示，或者将该3D图像发送至用户的电子设备（例如，个人电脑、手机、平板电脑等）。

进一步地，还可以在竖直方向（图13的z轴方向）上下移动读取相机134，以读取到不同深度的3D图像。

由此，能够实现对体存储介质存储的3D图像的读取。

为了实现上述实施例，如图14所示，本申请实施例还提出一种电子设备1400，可包括上述体全息存储系统100。

本申请实施例的电子设备，通过上述的体全息存储系统，能够实现3D图像的存储，且可大幅度提高数据存储能力。

需要说明的是，前述对体全息存储系统实施例的解释说明也适用于该实施例的电子设备，此处不再赘述。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征 “上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、 “示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (6)

1.一种体全息存储系统，其特征在于，包括：上位机和全息存储装置，所述上位机与所述全息存储装置相连，其中，

所述全息存储装置包括光源组件、光处理组件、空间光调制器和移动平台，其中，所述上位机分别与所述光源组件、所述光处理组件、所述移动平台和所述空间光调制器相连，其中，所述移动平台上设置有体全息存储介质；

所述上位机，用于获取目标场景的多张全息图；

所述上位机，还用于控制所述空间光调制器依次加载所述多张全息图，并控制所述光源组件提供与所述空间光调制器当前加载的全息图的颜色分量所对应颜色的初始光束；

所述光处理组件和所述空间光调制器，用于对所述初始光束进行处理，以得到所述目标场景的目标物光和目标参考光，并对所述目标物光和所述目标参考光进行干涉，以在所述体全息存储介质上存储3D图像；

所述光源组件包括白激光器、衰减片、色轮、第一半波片和扩束组件，所述扩束组件包括空间滤波器、光阑和第一透镜，其中，

所述白激光器、所述衰减片、所述色轮、所述第一半波片、所述空间滤波器、所述光阑和所述第一透镜，依次设置在一条直线上，其中，所述上位机与所述色轮相连；

所述白激光器，用于产生白光；

所述衰减片，用于对所述白光进行衰减，以得到衰减后的白光；

所述上位机，具体用于控制所述色轮进行颜色的切换，以将所述衰减后的白光转换为颜色光；

所述第一半波片和所述扩束组件，用于依次对所述颜色光进行处理，以得到所述初始光束；

所述光处理组件包括偏振分光棱镜PBS、第二透镜、第一四分之一波片和第一电子快门，其中，

所述偏振分光棱镜PBS设置在所述第一透镜的后面，且所述第一透镜、所述偏振分光棱镜PBS、所述空间光调制器、所述第二透镜、所述第一四分之一波片和所述第一电子快门依次设置在一条直线上；

所述偏振分光棱镜PBS，用于对所述初始光束进行分束，以生成第一光束和第二光束，其中，所述第一光束和所述第二光束的偏振方向不同；

所述空间光调制器，用于对所述第一光束进行调制和透射形成所述目标场景的初始物光；

所述第二透镜、所述第一四分之一波片和所述第一电子快门，用于依次对所述初始物光进行处理，其中，所述第二透镜和所述第一四分之一波片，用于对所述初始物光进行聚焦和偏振态转换，以得到所述目标物光，并将所述目标物光聚焦在所述体全息存储介质的图存储单元上，其中，所述图存储单元包括存储基元；

所述光处理组件还包括缩束组件，其中，所述缩束组件包括第三透镜、第四透镜和第二半波片，其中，

所述第三透镜设置在所述偏振分光棱镜PBS的一侧，所述第三透镜、所述第四透镜和所述第二半波片依次设置在一条直线上，其中，所述第三透镜和所述空间光调制器所在的直线相互垂直；

所述缩束组件，用于对所述第二光束进行缩束，以得到所述目标场景的初始参考光；

所述光处理组件还包括反射镜、第二电子快门、第五透镜和第二四分之一波片，其中，

所述反射镜以第一预设角度设置在所述缩束组件的一侧，所述反射镜，用于将所述初始参考光反射至所述第二电子快门；

所述第二电子快门、所述第五透镜和所述第二四分之一波片依次设置在一条直线上；

所述第二电子快门、所述第五透镜和所述第二四分之一波片，用于依次对所述初始参考光进行处理，其中，所述第五透镜和所述第二四分之一波片，用于对所述初始参考光进行聚焦和偏振态转换，以得到所述目标参考光，并将所述目标参考光聚焦在所述图存储单元上；

其中，初始物光的偏振态转换包括：旋转所述第一四分之一波片将初始物光由线偏振转换为左旋圆偏振或右旋圆偏振；

初始参考光的偏振态转换包括：旋转所述第二四分之一波片将初始参考光由线偏振转换为右旋圆偏振；

所述上位机和移动平台相连还包括：上位机控制移动平台带动体全息存储 介质按照“弓”字型方式或“回”字型螺旋方式进行移动，以遍历体全息存储 介质的每个图存储单元。

2.根据权利要求1所述的体全息存储系统，其特征在于，所述上位机，具体用于：

通过立体相机对所述目标场景进行监控，以得到立体视频监控数据，其中，所述立体视频监控数据为全彩色立体视频监控数据；

对所述立体视频监控数据进行逐帧提取，以生成多组深度图和强度图；

根据所述多组深度图和强度图，生成所述多张全息图，其中，所述多张全息图包括所述立体视频监控数据中不同帧的红光分量全息图、绿光分量全息图和蓝光分量全息图。

3.根据权利要求1所述的体全息存储系统，其特征在于，其中，所述图存储单元，用于接收所述目标物光和所述目标参考光干涉生成的所述3D图像，并将所述3D图像进行存储，其中，所述3D图像包括全彩色3D图像，所述目标物光和所述目标参考光的夹角为第二预设角度，所述目标物光和所述目标参考光为相干光。

4.根据权利要求1所述的体全息存储系统，其特征在于，其中，所述上位机还分别与所述第一电子快门和所述第二电子快门相连，所述体全息存储系统还包括：

数据读取装置，所述数据读取装置包括第三四分之一波片、偏振片、第六透镜和数据读取相机，其中，所述第三四分之一波片设置在所述移动平台的下方，且所述第三四分之一波片、所述偏振片、所述第六透镜和所述数据读取相机依次设置在一条直线上；

所述上位机，还用于在对所述体全息存储介质进行数据读取时，控制所述第二电子快门打开，并控制所述第一电子快门关闭；

所述图存储单元，还用于根据所述目标参考光进行衍射，以生成所述图存储单元的衍射光，其中，所述衍射光包括所述目标物光；

所述第三四分之一波片、所述偏振片和所述第六透镜，用于对所述目标物光进行偏振态转换、偏振处理和准直，以得到图像物光；

所述数据读取相机，用于根据所述图像物光生成所述3D图像，并将所述3D图像提供给用户。

5.根据权利要求1所述的体全息存储系统，其特征在于，所述上位机，还用于：

根据预设的控制策略控制所述移动平台移动和/或旋转，其中，所述移动平台由透光材质构建。

6.一种电子设备，其特征在于，包括根据权利要求1-5中任一项所述的体全息存储系统。

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