JP2017504820A - ホログラフィ三次元表示システム及び方法 - Google Patents
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Abstract
Description
ホログラフィ三次元表示システムは、空間スペクトラム平行採集装置、空間スペクトラムホログラフィ符号化装置及び離散空間スペクトラム復原装置を含む。
光軸が平行であるM*N個のレンズを有し、三次元表示しようとする物体Oに対してM*N個の空間スペクトラム画像Imnをサンプリング採集するための情報採集レンズアレイプレートであって、MとNが1よりも大きい整数であり、m=1〜Mであり、n=1〜Nであり、その空間サンプリング角がωmn=d1/l1であり、d1が各レンズの間の中心ピッチであり、l1が前記情報採集レンズアレイプレートと前記物体Oとの間の距離である情報採集レンズアレイプレートと、
前記情報採集レンズアレイプレートの前記物体と反対する側に設けられ、M*N個の感光素子を有し、各レンズの採集した空間スペクトラム画像Imnを記録するための感光素子アレイであって、各感光素子の解像度は予め設定された前記物体Oの物体空間におけるボクセルHjkの数J*K以上であり、JとKが1よりも大きい整数であり、前記空間スペクトラム画像ImnがImn(j,k)で示され、j=1〜J、k=1〜Kである感光素子アレイと、を含み、
前記空間スペクトラムホログラフィ符号化装置はM*N個の空間スペクトラム画像Imn(j,k)をホログラフィ符号化し、前記物体Oの1つのボクセルHjkに対して、前記ボクセルHjkのホログラフィ符号化画像として、それぞれの空間スペクトラム画像Imn(j,k)における第(j,k)画素Pmnjkを1つのM*Nアレイ画像Sjkに順次に組み合わせ、このように前記物体OのJ*K個のボクセルの空間スペクトラムホログラフィ符号化画像Sjk(m,n)を取得し、
前記離散空間スペクトラム復原装置は、
適合にスケーリング処理されたJ*K個の空間スペクトラムホログラフィ符号化画像Sjk(m,n)を表示し、解像度がM*N*J*K以上であるフラットパネルディスプレイと、
光軸が平行であるJ*K個のイメージングパラメータが一致するレンズを有し、前記フラットパネルディスプレイにおける各空間スペクトラム符号化画像Sjk(m,n)を前記物体Oの離散空間スペクトラム画像Imn(j,k)からなる三次元イメージングO'に復原するための情報復原レンズアレイプレートと、
前記情報復原レンズアレイプレートの前記フラットパネルディスプレイと反対する側に設けられ、前記ホログラフィ機能スクリーンが規則的に分布された微細空間構造を有することにより、前記ホログラフィ機能スクリーンに入射された空間スペクトラムホログラフィ符号化画像Sjk(m,n)のそれぞれに、1つの対応する出力を広げる空間を提供し、各空間スペクトラムホログラフィ符号化画像Sjk(m,n)の広がり角が前記空間サンプリング角ωmnであることにより、離散された各空間スペクトラム符号化画像Sjk(m,n)を重合することなく互いに接合させ、全体的且つ連続的な空間スペクトラム出力を形成するホログラフィ機能スクリーンと、を含み、
前記空間サンプリング角ωmn=d1/l1=d2/l2であり、d2が前記情報復原レンズアレイプレートの各レンズの間の中心ピッチであり、l2が前記情報復原レンズアレイプレートと前記ホログラフィ機能スクリーンとの間の距離である。
更に、前記情報復原レンズアレイプレートの各レンズはハニカム状のアレイ配列である。
前記空間スペクトラム平行採集過程は、
情報採集レンズアレイプレートにより三次元表示しようとする物体Oに対してM*N個の空間スペクトラム画像Imnをサンプリング採集するステップであって、前記情報採集レンズアレイプレートは光軸が平行であるM*N個のイメージングパラメータが一致するレンズを有し、MとNが1よりも大きい整数であり、m=1〜Mであり、n=1〜Nであり、その空間サンプリング角がωmn=d1/l1であり、d1が各レンズの間の中心ピッチであり、l1が前記情報採集レンズアレイプレートと前記物体Oとの間の距離であるステップと、
感光素子アレイにより各レンズの採集した空間スペクトラム画像Imnを記録するステップであって、前記感光素子が前記情報採集レンズアレイプレートの前記物体と反対する側に設けられ、M*N個の感光素子を有し、各感光素子の解像度が予め設定された前記物体Oの物体空間におけるボクセルHjkの数J*K以上であり、JとKが1よりも大きい整数であり、前記空間スペクトラム画像ImnがImn(j,k)で示され()、j=1〜J、k=1〜Kであるステップと、を含み、
前記空間スペクトラムホログラフィ符号化過程は、M*N個の空間スペクトラム画像Imn(j,k)をホログラフィ符号化するステップを含み、前記物体Oの1つのボクセルHjkに対して、前記ボクセルHjkのホログラフィ符号化画像として、それぞれの空間スペクトラム画像Imn(j,k)における第(j,k)画素Pmnjkを1つのM*Nアレイ画像Sjkに順次に組み合わせ、このように前記物体OのJ*K個のボクセルの空間スペクトラムホログラフィ符号化画像Sjk(m,n)を取得し、
前記離散空間スペクトラム復原過程は、
フラットパネルディスプレイにより適合にスケーリング処理されたJ*K個の空間スペクトラムホログラフィ符号化画像Sjk(m,n)を表示するステップであって、前記フラットパネルディスプレイ解像度がM*N*J*K以上であるステップと、
情報復原レンズアレイプレートにより前記フラットパネルディスプレイにおける各空間スペクトラム符号化画像Sjk(m,n)を前記物体Oの離散空間スペクトラム画像Imn(j,k)からなる三次元イメージングO'に復原するステップであって、前記情報復原レンズアレイプレートは光軸が平行であるJ*K個のイメージングパラメータが一致するレンズa2を有するステップと、
前記情報復原レンズアレイプレートの前記フラットパネルディスプレイと反対する側に設けられ、規則的に分布された微細空間構造を有するホログラフィ機能スクリーンにより、前記ホログラフィ機能スクリーンに入射された空間スペクトラムホログラフィ符号化画像Sjk(m,n)のそれぞれに、1つの対応する出力を広げる空間を提供し、各空間スペクトラムホログラフィ符号化画像Sjk(m,n)の広がり角が前記空間サンプリング角ωmnであることにより、離散された各空間スペクトラム符号化画像Sjk(m,n)を重合することなく互いに接合させ、全体的且つ連続的な空間スペクトラム出力を形成するステップと、を含み、
前記空間サンプリング角ωmn=d1/l1=d2/l2であり、d2が前記情報復原レンズアレイプレートの各レンズの間の中心ピッチであり、l2が前記情報復原レンズアレイプレートと前記ホログラフィ機能スクリーンとの間の距離である。
更に、前記情報復原レンズアレイプレートの各レンズがハニカム状のアレイ配列である。
1.三次元空間情報の空間スペクトラム記述
仮に三次元空間のボクセルHjkの大きさがΔjkであり、三次元空間深度がΔZであると、その対応する空間サンプリング角をωmn=Δjk/ΔZで示すことができる。即ち、J*K*ΔZ*ΔjK個の体積がΔjk 3である独立な小さな立方体発光ユニットからなる三次元物体は全体的にM*N*J*K本のくさび状のビームで表現されることができ、該くさび状のビームの頂点はホログラフィ機能スクリーンHFSの位置する平面にあり、発散角がωmnである。
肉眼の基本的なパラメータは、1)瞳孔距離(両目の平均ピッチ):d≒6.5cm、2)瞳孔径(2〜8mm、輝度に関係する)、平均値:a≒5mm、3)角識別限界:ωE≒1.5*10-4;4)定点静的視野角ΩE≒900である。
第1、2点に記述された可視三次元空間情報の空間スペクトラム表現に対して、図1に示すレンズプレートアレイL1で全体的に採集してもよいし、図6に示すレンズプレートアレイL2で全体的に復原してもよい。関連のパラメータは以下の関係にある:a1=2λl1/Δjk、a2=2λl2/Δjk、λが可視光の平均波長で、約550nmであり、ωmn=d1/l1=d2/l2、tan(Ω/2)=a1/2f1=a2/2f2である。ここで、レンズ孔径の大きさにより、採集及び復原できるボクセル大きさΔjkが決定され、レンズ中心距離により、採集及び復原できる空間サンプリング角ωmnが決定され、さらに、採集及び復原しようとする三次元空間の被写界深度ΔZ=Δjk/ωmnが決定され、レンズの焦点距離により、該三次元空間情報の視野角Ωが決定され、レンズユニットの三次元空間情報空間スペクトラムに対する処理能力として表現され、
即ち、
我々は従来の商用4Kフラットパネルディスプレイを利用し、上記原理に従ってフルカラー全視差デジタルホログラフィ三次元復原表示を実現した。具体的な表示パラメータは以下の通りである:1.ボクセルHjk'サイズが4mm*4mmである。2.ボクセルHjk'の数がJ'*K'=211*118である。3.空間スペクトラム数がM*N=36*36である。4.空間観察角度Ω=300であり、表示被写界深度が約50cmである。
1.複数台の4Kディスプレイの空間スプライシングによって大面積三次元ホログラフィ表示を実現する。
Claims (14)
- 空間スペクトラム平行採集装置、空間スペクトラムホログラフィ符号化装置及び離散空間スペクトラム復原装置を含み、
前記空間スペクトラム平行採集装置は、
光軸が平行であるM*N個のイメージングパラメータが一致するレンズを有し、三次元表示しようとする物体Oに対してM*N個の空間スペクトラム画像Imnをサンプリング採集するための情報採集レンズアレイプレートであって、MとNが1よりも大きい整数であり、m=1〜Mであり、n=1〜Nであり、空間サンプリング角ωmnがωmn=d1/l1であり,d1が各レンズの間の中心ピッチであり、l1が前記情報採集レンズアレイプレートと前記物体Oとの間の距離である情報採集レンズアレイプレートと、
前記情報採集レンズアレイプレートの前記物体と反対する側に設けられ、M*N個の感光素子を有し、各レンズの採集した空間スペクトラム画像Imnを記録するための感光素子アレイであって、各感光素子の解像度が予め設定された前記物体Oの物体空間におけるボクセルHjkの数J*K以上であり、JとKが1よりも大きい整数であり、前記空間スペクトラム画像ImnがImn(j,k)で示され、j=1〜J、k=1〜Kである感光素子アレイと、を含み、
前記空間スペクトラムホログラフィ符号化装置はM*N個の空間スペクトラム画像Imn(j,k)をホログラフィ符号化し、前記物体Oの1つのボクセルHjkに対して、前記ボクセルHjkのホログラフィ符号化画像として、それぞれの空間スペクトラム画像Imn(j,k)における第(j,k)画素Pmnjkを1つのM*Nアレイ画像Sjkに順次に組み合わせ、このように前記物体OのJ*K個のボクセルの空間スペクトラムホログラフィ符号化画像Sjk(m,n)を取得し、
前記離散空間スペクトラム復原装置は、
適合にスケーリング処理されたJ*K個の空間スペクトラムホログラフィ符号化画像Sjk(m,n)を表示し、解像度がM*N*J*K以上であるフラットパネルディスプレイと、
光軸が平行であるJ*K個のイメージングパラメータが一致するレンズを有し、前記フラットパネルディスプレイにおける各空間スペクトラム符号化画像Sjk(m,n)を前記物体Oの離散空間スペクトラム画像Imn(j,k)からなる三次元イメージングO'に復原するための情報復原レンズアレイプレートと、
前記情報復原レンズアレイプレートの前記フラットパネルディスプレイと反対する側に設けられ、規則的に分布された微細空間構造を有することにより、ホログラフィ機能スクリーンに入射された空間スペクトラムホログラフィ符号化画像Sjk(m,n)のそれぞれに、1つの対応する出力を広げる空間を提供し、各空間スペクトラムホログラフィ符号化画像Sjk(m,n)の広がり角が前記空間サンプリング角ωmnであることにより、離散された各空間スペクトラム符号化画像Sjk(m,n)を重合することなく互いに接合させ、全体的且つ連続的な空間スペクトラム出力を形成するホログラフィ機能スクリーンと、を含み、
前記空間サンプリング角ωmnがωmn=d1/l1=d2/l2であり、d2が前記情報復原レンズアレイプレートの各レンズの間の中心ピッチであり、l2が前記情報復原レンズアレイプレートと前記ホログラフィ機能スクリーンとの間の距離であるホログラフィ三次元表示システム。 - 前記情報採集レンズアレイプレートと前記感光素子との間に設けられた情報採集視野絞りを更に含み、それにより前記情報採集レンズアレイプレートの各レンズ同士間のイメージング干渉を除去又は減少する請求項1に記載のホログラフィ三次元表示システム。
- 前記情報復原レンズアレイプレートと前記ホログラフィ機能スクリーンとの間に設けられた情報復原視野絞りを更に含み、それにより前記情報復原レンズアレイプレートの各レンズ同士間のイメージング干渉を除去又は減少する請求項1または2に記載のホログラフィ三次元表示システム。
- 前記情報採集レンズアレイプレートの各レンズと前記情報復原レンズアレイプレートの各レンズとは視野角Ωが等しく、tan(Ω/2)=a1/2f1=a2/2f2であり、a1が前記情報採集レンズアレイプレートの各レンズの孔径であり、f1が前記情報採集レンズアレイプレートの各レンズの焦点距離であり、a2が前記情報復原レンズアレイプレートの各レンズの孔径であり、f2が前記情報復原レンズアレイプレートの各レンズの焦点距離である請求項1〜3のいずれか一項に記載のホログラフィ三次元表示システム。
- 前記ホログラフィ機能スクリーンと前記情報採集レンズアレイプレートとの距離が前記物体Oのボクセルの位置する物体空間における参照面PRと前記物体Oとの距離、又は前記参照面PRと前記物体Oとの距離の拡大又は縮小に等しい請求項1〜4のいずれか一項に記載のホログラフィ三次元表示システム。
- 前記情報採集レンズアレイプレートの中心に、前記物体のパノラマを採集できるレンズを少なくとも1個有する請求項1〜5のいずれか一項に記載のホログラフィ三次元表示システム。
- 前記情報復原レンズアレイプレートの各レンズはハニカム状のアレイ配列である請求項1〜6のいずれか一項に記載のホログラフィ三次元表示システム。
- 空間スペクトラム平行採集過程、空間スペクトラムホログラフィ符号化過程及び離散空間スペクトラム復原過程を含み、
前記空間スペクトラム平行採集過程は、
情報採集レンズアレイプレートにより三次元表示しようとする物体Oに対してM*N個の空間スペクトラム画像Imnをサンプリング採集するステップであって、前記情報採集レンズアレイプレートは光軸が平行であるM*N個のイメージングパラメータが一致するレンズを有し、MとNが1よりも大きい整数であり、m=1〜Mであり、n=1〜Nであり、その空間サンプリング角ωmnがωmn=d1/l1であり、d1が各レンズの間の中心ピッチであり、l1が前記情報採集レンズアレイプレートと前記物体Oとの間の距離であるステップと、
感光素子アレイにより各レンズの採集した空間スペクトラム画像Imnを記録するステップであって、前記感光素子が前記情報採集レンズアレイプレートの前記物体と反対する側に設けられ、M*N個の感光素子を有し、各感光素子の解像度が予め設定された前記物体Oの物体空間におけるボクセルHjkの数J*K以上であり、JとKが1よりも大きい整数であり、前記空間スペクトラム画像ImnがImn(j,k)で示され()、j=1〜J、k=1〜Kであるステップと、を含み、
前記空間スペクトラムホログラフィ符号化過程は、M*N個の空間スペクトラム画像Imn(j,k)をホログラフィ符号化するステップを含み、前記物体Oの1つのボクセルHjkに対して、前記ボクセルHjkのホログラフィ符号化画像として、それぞれの空間スペクトラム画像Imn(j,k)における第(j,k)画素Pmnjkを1つのM*Nアレイ画像Sjkに順次に組み合わせ、このように前記物体OのJ*K個のボクセルの空間スペクトラムホログラフィ符号化画像Sjk(m,n)を取得し、
前記離散空間スペクトラム復原過程は、
フラットパネルディスプレイにより適合にスケーリング処理されたJ*K個の空間スペクトラムホログラフィ符号化画像Sjk(m,n)を表示するステップであって、前記フラットパネルディスプレイの解像度がM*N*J*K以上であるステップと、
情報復原レンズアレイプレートにより前記フラットパネルディスプレイにおける各空間スペクトラム符号化画像Sjk(m,n)を前記物体Oの離散空間スペクトラム画像Imn(j,k)からなる三次元イメージングO'に復原するステップであって、前記情報復原レンズアレイプレートは光軸が平行であるJ*K個のイメージングパラメータが一致するレンズa2を有するステップと、
前記情報復原レンズアレイプレートの前記フラットパネルディスプレイと反対する側に設けられ、規則的に分布された微細空間構造を有するホログラフィ機能スクリーンにより、前記ホログラフィ機能スクリーンに入射された各空間スペクトラムホログラフィ符号化画像Sjk(m,n)のそれぞれに、1つの対応する出力を広げる空間を提供し、各空間スペクトラムホログラフィ符号化画像Sjk(m,n)の広がり角が前記空間サンプリング角ωmnであることにより、離散された各空間スペクトラム符号化画像Sjk(m,n)を重合することなく互いに接合させ、全体的且つ連続的な空間スペクトラム出力を形成するステップと、を含み、
前記空間サンプリング角ωmnがωmn=d1/l1=d2/l2であり、d2が前記情報復原レンズアレイプレートの各レンズの間の中心ピッチであり、l2が前記情報復原レンズアレイプレートと前記ホログラフィ機能スクリーンとの間の距離であるホログラフィ三次元表示方法。 - 前記情報採集レンズアレイプレートと前記感光素子との間の情報採集視野絞りにより、前記情報採集レンズアレイプレートの各レンズの間のイメージング干渉を除去又は減少するステップを更に含む請求項8に記載のホログラフィ三次元表示方法。
- 前記情報復原レンズアレイプレートと前記ホログラフィ機能スクリーンとの間の情報復原視野絞りにより、前記情報復原レンズアレイプレートの各レンズの間のイメージング干渉を除去又は減少するステップを更に含む請求項8または9に記載のホログラフィ三次元表示方法。
- 前記情報採集レンズアレイプレートの各レンズと前記情報復原レンズアレイプレートの各レンズとは視野角Ωが等しく、tan(Ω/2)=a1/2f1=a2/2f2であり、a1が前記情報採集レンズアレイプレートの各レンズの孔径であり、f1が前記情報採集レンズアレイプレートの各レンズの焦点距離であり、a2が前記情報復原レンズアレイプレートの各レンズの孔径であり、f2が前記復原レンズアレイプレートの各レンズの焦点距離である請求項8〜10のいずれか一項に記載のホログラフィ三次元表示方法。
- 前記ホログラフィ機能スクリーンと前記情報復原レンズアレイプレートとの距離は、前記物体Oのボクセルの位置する物体空間における参照面PRと前記物体Oとの距離、又は前記参照面PRと前記物体Oとの距離の拡大又は縮小に等しい請求項8〜11のいずれか一項に記載のホログラフィ三次元表示方法。
- 前記情報採集レンズアレイプレートの中心に、前記物体のパノラマを採集できるレンズを少なくとも1個有する請求項8〜12のいずれか一項に記載のホログラフィ三次元表示方法。
- 前記情報復原レンズアレイプレートの各レンズは、ハニカム状のアレイ配列である請求項8〜13のいずれか一項に記載のホログラフィ三次元表示方法。
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