TW200915026A - Analytical method for computing video holograms in real time - Google Patents

Description

200915026 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 —本毛明係為擴充三維沒轉，線，將含深度資訊之三 像資料的㈣彩色全像糾轉錄及舖作方法。 - IU #' # 1在沒_ _所謂的三維絲管線或三維洽仇 緣圖管線，該營狳白人 〜木 θ . 、' 3—個成為螢幕點陣式影像的三維場景之6 夏數學描述演曾法。二％ θ/ 又向 二維衫像資料中包括深度資訊，通常還自紅 材料和表面特性的描述 榮幕坐標轉換到裝^線中還進行如 r ^ 置认、紋理化、裁切（clipping)及抗鋸茜 (an ialiasing)料法。轉式影像為三維場景之二維投影 放在一個_介面卡的晝面緩衝晰ame buffer)中，含有一: 像液晶顯示器這樣登幕之可控制像素的像素值資料。個 全===_全像重繼上場舰麵示來計算 【先前技術】 基本上，_姆魏裝置細至少含有―個㈣ 的原則為基礎，在該空間光調魏上，將—個二 全像—重_景繼謝 位於全像則鱗句雜，和每 共同界定，，，樹编編咖像^ 5 200915026 將遵照基本上在-個或轩個能見區域内進行波前重建(物體散 1 剛為原則。此外’這類裝置也以單—物件點重建每次僅需 原“物繼+物，之部份集合的 調^本身或光予元件（如透鏡或反射鏡）被稱為顯示工且，而 在該空間光調變器中，某―場景的全像片經編碼而成，在光學元 件上則有-個在空狀調變財編碼的全像片或場景波前顯現其 上。=不工具之蚊和場景在能見範_重建之相關原理均在專 利申睛人的文件中有所說明。文件號wo 2嶋纖及恥 2006/027228 令的顯 + t 1 & % , 他員不工具為空間光調變器。文件號WO 2〇06119·中（投影設備和場景全像重建之方法）的顯示工具 則疋先學讀，—個空間光調變器中編觸全像片顯現其上。另 外，文件號DE 10 2006 004 300中（場景全像重建之投影設備）， 顯不工具指的是—光學元件，—個在空間光調變器中編碼的場景 波前顯現在該光學元件上。至於申請人文魏wq2瞧雇919中 所說明的是全像影片之計算方法。 “能見範m倾塊，觀看対_此綱在充份的高能 見度下觀看難《場景。能見範__被疊加，使觀看奢 可見重建之場景。能見棚落在觀看者的眼睛上方或眼睛附近， 200915026 ° 車由方向上移動’並用知名的位置辨認裝置或追蹤裝置追 蹤觀看者目則的所在位置。另外，可使用兩個能見範圍，亦即一 個眼睛對應-個範圍’或對能見範圍提出較繁複的要求。此外， 也可對全像影片進行編碼，讓觀看者覺得單—物體或整個場景看 似置於空間光調變器之後。 本文件中’稱—個透過—個絲或若干侧立光源的光照轉 換、消滅和調變來控制強度、色彩和（或）相位的裝置為光調變 器或空間光調變！l(SLM)。—般來說，全像魏裝置包含一個可控 制的像素矩陣，其中像素可改變透射光的振幅和（或）相位使物 牛”、、占重建而工間光调變器也包含這樣的矩陣，例如，空間光調 變器可連續或不連續地充當聲光調變器⑽）使用。另外，可用 液晶顯不器（LCD)來進行以振幅調變的全像片重建。同樣地，本 發明也針難他可㈣、能將足__光（oteentlight)調 交為光波洳或光波浮雕(reHef)結構的設備。 像素-詞涵蓋-個空間光調變器的可控制全像片像素，代表 王像片點的一個離散值，並個別編定位址和受控制。每一像素代 表著-個全像片像點，就LG)來說，像素為可個別操控的顯示器 像素。對於數位微鏡裝置(£)膽）來說，如數位光學處理（DLp)，像 素為一個可個別控制的微鏡或其中的一個小群組。在一個連續性 200915026 素 代表全像片的像 劃分成若干個代表原色的子像 或竹 / 其包含财_錢_換的數學 _ 〇/T m蹲上雜的意思僅絲理棘_近，麥克斯 (Maxwell) =snei轉換或以FQUrier轉換著稱的特__組也都有二階

赵近的描述。通常，暑^ A # I 请而非微分的方式描㈣換，因此， 在汁异技触谓㈣魏地。料 統進行精確地模組化。 』作為先予系 方法WQ2_Q66919係說明全像影片之計算 哭平面^ f，匕疋以場景散射成平斷面（該斷面與空間光調變 =Γ 所有平斷轉換魏_園，織予以相加為 " 將合计的結果轉換回空間光調變器所在的全像片平面 上’這樣即可算出全像影片之全像複數值。 面 像資10咖6 025 096乃是描述含深度資訊之三維影 -模式Φ卩日抑色全像影片之沒染成像和製作方法。其中，在第 I，三轉圖管魏產生可控婦幕像叙像素值，該管 200915026 線乃在描述-個三维場景如 — 陣式影像。复特點B技 、為二維場景二維投影的點 平八办彳冢具特點疋官線可切換 〜、 在-個全像管、_產生全像、、域在第二模式中，至少 辛值，從而才一舻絡 值來作為空間光調變H SLM的像 I值攸而在^ —身又緣圖顯子β士 # 士田 變器 之全像_，：:::：= 透過空軒涉鍵起來。 欠f所而二維场不食ι 專利文件DE 10 2006Η 方法，利用口口 暇贿㈣全像影狀製作 万忐利用早一物件點重建兩一 _ y. ❿们子王像片作為空間光調變器 八 木口為原則，其特點在於對照表中的子 王像片對母一物件點都有決 進行整個場景重建。其聚合而成母全像片來 一述L可允4全像值的快速製作’但仍有必要將三維沒染 :線狀接下來的考量中。三驗染_管線乃在描述—個 二維場景如何轉換猶為三維場景二維投影的轉式影像，所呈 現的内容分為兩個記憶體區，—個是晝面緩衝區，-個是Z軸緩 ^緩衝區+含有色佩或色彩f訊，也就是觀看者所看到場 厅、的色彩對應表（color map)。 200915026 z軸缓衝區中含有在標準呈現時場麵深度對應表或深度資 訊’就如同硯看者從他的位置所看到的場景一樣 ===線的輪，，所產生的全像複數值 為空間无,¾态的像素值。 上述第-個全像影片之製作方法 以實現互動式即時顯像，且由於長時間f[貝源下才得 序列和❿互動式即時應用無法在影像 必要有-個高比率的影像重現。 -員不仍疋值付期待且有 【發明内容】 本發明的目的在創造—個枝，使 算時間能明顯縮減，而該方法的即時功能也須所Γ 軟體模組來擴充最新繪圖;二:;卜：㈣ 的製作得以持續受到支援。/ “复’使即時彩色全像片 =則製相發财法係針對至 的全像重現裝置岭。在該㈣賴鮮巾Hr 點的場景作為母全像片進行編碼，並視該H字；:祕成物件 重建。__位於全像影片重建之週_二見 10 200915026 重建之場景物件點共同界定—個子全像片，再由子全像片疊加而 成母全像片。其中，三維雜_管_—個麵度資訊、透過 影像貧料呈現的場景在物件點上結構化，並為物件點至少管出和 提供色彩及深度資訊。此外，三維雜㈣管線乃在描述一個三 _景如何轉換成作為三維場景二維投影的點陣式影像，為1 作彩色全像影片將管線加以擴充。 八另外，從4練圖管_結果㈣得出全像雛值來作為 王像顯不裝置中一個空間光調變器之像素值。 5樣也ie類附有相應空間光調變器的全像重現裝置主要是 =從Γ麵睛方向或钱絲_重建物絲射的波前為基 礎。有關能見範圍-詞定義已有所說明。 此外’利用-個場景的單—物件點重建僅需一個子全像片作為 =光調魏中、_母全像片之部份集合為制，該原則同時 為本發明方法的第-步驟。每—子全像片製造單—物件點，其方 視物件點的位置、其大小依觀看者的位置而定。下文中，子全 像二在工間光繼社的範圍稱為賴範圍。輕範圍為空間光 =的局部範圍’為物件點重建的必備要件。同時，為使物件 ^重建’調變範圍也規定哪-相應的像素須在空間光調變器中被 控制。若所牽涉的是—個所謂的固定物件點，則調變範圍的位置 11 200915026 :持口々錢’但咖鱗的物伽來酬視觀看者的位置而改 二方位錄依觀看者触置械魏魏®，從而使物件點 ' *貞丨表7F物件點不會因觀看者的位置而改變其空間方 有關本《明可依上述這些原職類似處理。另外 可測出作為每一子全 像片唛加、重建整個場景的母全像片值為原 之==系以每一原色的全像色彩管線皆能產生空間光調變器 ’構思基礎，其巾全像色彩管線可同時算朗、色之子全 =矣而全像色彩管線即代表—個原色，每—原色用一特有 最簡單的情況就是該原色為熟悉的色彩三原色之-， 來。因Γ的·!1料可從這三原色加以混合或用多工技術創造出 ㈣敕/ 個物件點的單—彩色全像片可同步呈現，也可依需 片触固全像片同時呈現，而這裡作為色彩子全像 ;某原色的母全像片值也是可測得的。 在每一彩管線的方法步驟加以_，顧上可運用 作為點的調變翻後，將所屬的子全似值算出並將 像片#的子全像片相加起來。在最佳實施财，一個 200915026 物件點的子全像片值是可由預先製作好的對照表測出的。 要同步執行全像色彩管線須擴充三維渲染繪圖管線。如前所 述’二維沒染繪圖管線呈現的結果分為兩個記憶體區，一個是查 面緩衝區，—個是z軸缓衝區。 在本發明的第一個實施例中將把每一原色的三維渲染繪圖管 線結果存入個別的記憶體區中。記憶體的内容會因應複製，使每 一全像管線皆備有獨自的晝面緩衝區及所翻色彩和自己的z轴 、、友衝區’讀即可確保全像管線在存取輸人純日林會發生阻 礙，也因此可高效能地存取這些資料。

具果供應全像色彩管線， 彩管線上。 ’三維渲染繪圖管線將針對每 ’ 專用的晝面緩衝區，並將測 行的全像色 的2軸_區°多工ϋ職定為控制工 使資料分 所產生的挪色全像W存放在記 7 A姑壬:rra "丄 會透過時間或空間多 置t，在該重現裝置中， 像片裡提供彩色全像片。 憶體或傳送到全像重 工技術從母彩色全 200915026 特別是透過上述嘴子全像片值的方法朗，可確保對 全像片值產生的要求。對應於傳統影像技術，電腦全像影片: 柯提供-個高比率的影像魏，_，低成本及簡單 二 位可確保即時製作。 丹早 下面將繼續就計算全像複數值的最佳方法加以說明。該方法係 以此構思為基礎，脚透料算和分_魏_絲林模^ 之傳遞或調制函數（預重建的物件點落在成像元件的焦點上） 如光調變H中的-個調變範關，從每1重建物件點之波前 中算出-個子全像片之全像複數值。成像元件位於全像重現裝= 的全像平面上。全像平面由—個顯示工具的位置所界定，而為使 以下說明簡單化，顯示工具指的是空間光調變器。 本發明方法的一個較佳實施例中，成像元件包含了一個位於全 像平面中的傾斜透鏡和焦距f。傾斜透鏡是由一個相對於全像平2 的不傾斜透鏡、-個垂直向棱鏡和—個水平向稜鏡所構成。嚴格 來說，因為棱鏡的無聚焦功能無法對物件點進行重建，所以並^ 能透過稜鏡對子全像片做定義。科，為了使本發明的構思清楚 明白，仍會在下文對棱鏡有所描述，因為稜鏡在調變範圍中同樣 對全像複數值有所貢獻。而為了計算子全像片之複數值，有關場 14 200915026 景每-可見物件點的詳細方法則包含以下步驟： A.依上述的實施方式#出觸範圍的大小和位置，不過調變範圍 以區域座‘系為基礎’其中座標原點為中心，以X座標為橫座標， Y座標為縱座標，並在調變範圍中，選γ為半寬，“b”為半高 作尺寸標註，至於間距範圍會細下項対做說明。 B:异出全像平面中透鏡的子全像片值： B1:測定透鏡的焦距f : 先以透鏡的焦距f做為全像平面之預 重建物件點 ' 的標準距離； B2:透鏡所屬子全像片之複數值： 以λ為參考波長、f為焦距和（χ，y)為相關坐標組， 從 ZL = exp { +/—叫（π八f ) * ( X2 + y2 )]}得出透 鏡子全像片之複數值。 這兒的負號表凹透鏡，凸透鏡表正號。 B3··由於X，y軸上的對稱關係，可在一象限上算出複數 值，並注意其正負號，將其他數值放到别的象限上。 c:异出全像平面中稜鏡（P)的子全像片值： 所選的稜鏡通過橫座標或縱座標，見後面圖示說明。 15 200915026 C1:測定水平向稜鏡(PH)的線性因子G，並在x軸間距 e [-a，a]中以Cx = Μ * (2π/λ)表示，Μ為稜鏡斜角。 C2:測定重直向稜鏡（PV)的線性因子Cy，並在y軸間 距e [-b，b]中以cy = N * (2π/λ)表示，N為稜鏡斜角。 C3 ··算出稜鏡組所屬子全像片之複數值： 相關子全像片之複數值從兩個稜鏡項的疊加ζρ = exp { 1* [ cx*(x-a) + cy*(y-b)]}中得出。疊加的稜鏡 通過區域座標的原點。 C4.若全像重現裝置可在能見範圍中呈現光源投射的 特性，則稜鏡項可省略不用。 D:透鏡和稜鏡之子全像片的調變： 將透鏡和稜鏡的複數值複數相乘得出子全像片組之數值：

Zsh = ZL 氺 Ζρ 或符號式 SH = SHl * SHp E:使用隨機相位： 給步驟D的每一調變過的子全像片都分配一個隨機分散的 相位以石崔保点見範圍中的光度能均勾分配，並使用複數 乘去將隨機相位加入子全像片中· 16 200915026 zsh zsh* exp (ίφζ) 或符號式 SH := SH * exp (ίΦζ) 將隨機相位個別歸入每一子全像片中，使整體看來所有子全 像片的隨機相位都有均勻分配。 F:強度調變： 複數值中另配有一個代表強度或光度的乘數因子。

Zsh = C * zsh 或符號式 SH : C * SH &計算母全像片時，要將子全像片疊加到母全像片中。一個簡單 的解決方法就是在注意子全像片位置的同時，把子全像片複數相 加為母全像片。 母全像片=子全像片之複數總和： HSslm = Σ SHi或符號式zsuf Szsm (對全域座標來說） 本方法主要只針對可見的物件點使用。物件點的可見度在場 景演染過財是由—個三維_管線所訂定，並由觀看者的位 置，也就是由瞳孔的相應位置，及從瞳位追_能見範圍位置得 出。 200915026 本實施例係計算出最佳的解決方案。當然，若接受或甚至要 求較差的重建品質而將上述的函數項改以更簡單的方式取代也是 可以的。不過，顯而易見地還是使用更新的方法步驟來提升重建 品質。例如，選用特別的透鏡或稜鏡來對像差或有公差的空間光 調變器等進行補償。同樣地，這也適用於上述那些測定調變範圍 用的舉例方法。 本發明的進一步方法是從母全像片的全像複數值中算出某一全 像重現裝置的像素值。例如，將全像複數值轉換為柏克哈特 (Burckhardt)法、二相位法或其他合適的編碼法。 本方法的優點在於預重建物件點的位置可任意落在重建區 (截面體fmstiim)内，且不須透過離散化（discretizati〇n)趨 近切面。另外，步驟（B1)中的透鏡焦距和步驟①丨）的稜鏡參 數須測定精確。 除了產生全像做讀#全像重魏置上外，本發明方法 還優先使職生子全像片值之表。射，將—設定好的空間 區域在物件點上結構化，並把每—物件點的子全像#值存入對照 表中。而這類韻表可允許讀出預先計算好的—錄件點之子全 像片值’並在全像資料產生的過程中使用它。另外，對照表中最 18 200915026 好還附有成像元件（也就是結合透鏡和稜鏡作用）的子全像片， 不過若相應_絲巾之子全制㈣含有透觀稜^用也是 可理解的。-般來說，這些·表可使綠持續加速進行，若該 方法與本發财賴似，且職以最佳方法彻子全像片原則。 此外，這類對照表也允許加速其他或運算密集的處理。 互動式即時全像顯科’可藉助本綠並用現今所提供的硬 體標準組件使物件點在重建區_任纽置上產生出來。若用性 能較高的叙單絲執行本方法，财僅能使場景結構精緻化， 且能明顯提高重_品質。此外，本發财法也避免繁複的應用 轉換，並以可從分析上執行步驟之簡單結構純色，使本發明方 法的即時能力也因此得以持續加強。 下文中，將依實施例對本發明做進一步的說明。相關圖示中 顯示如下： 圖1.係王像重現裝置之基本原理和一個物件點的調變範圍； 圖2a·係重财置之侧視圖及—個含透鏡和稜鏡域像元素； 圖2b:係調變範圍和一垂直向棱鏡； 圖2c:係調變範圍和一水平向稜鏡； 圖3:係本發明方法之流程圖； 19 200915026 圖4: 係一物件點重建位於全像平面後的方法； 圖5: 本方法的一個最佳實施例流程圖和一個附有—個全像总 線的三維渲染繪圖管線之色彩擴充。 【實施方式】 圖1為攸一個觀看者角度來看一個全像重現裝置(fjAE)之動作 原理，若有好幾個觀看者也採用類似之原理。觀看者的位置是從 觀看者的眼睛或其瞳孔(VP)位置來看。重現裝置包含—個空間光 調變器（SLM) ’對至少有一個能見範圍（VR)的波前進行疊加，該波 前包含物件點資訊喔後的—場景⑽_s)。本實_中為使敛述 方便，空間光調變雜顯示器具⑻的意思相同。能見範圍是靠 觀看者的眼睛追縱…個場景⑽-S)的單-物件點㈣重建 只需-個子全像片（SH)作為空間光調變器⑽）中編碼的母全 、像片（ΗΣ"Μ)之部份集合。子全像片在空間光調變器⑽）上的範 =稱為機m⑽）。從本圖示中可看出調變範圍僅是^間光調 變器（μ)的—個局部小_個最鮮的解決方法就是空間 光调欠㈣巾心位在觀建物件點（⑻和能見範圍⑽）中心 的直線上。崎範圍（MR)的大小是藉助光束組算出，其中可透 、預重建物件點⑽）使能見範圍⑽）追蹤到空間光調變器 還可從中件出空間光調變器（⑽上物件點重建所需的像素 指從本圖示中可看出調變範圍（MR)是以座標系為基礎，以 座^原』為中心’ X座標為橫座標，Y座標為縱座標，調變範圍 20 200915026 (MR)的尺寸標註則是以a，，為半寬，“b，，為半高。 圖2a所示為全像重現裝置(hae)之側面圖和本方法之基本 原理。與圖1類似’導出調變範圍（MR)，該範圍落在空間光調變 器（SLM)所在的全像平面（HE)中。而位於調變範圍（MR)中的 成像元件(0S)包含了 一個凸透鏡(1〇和稜鏡（p)。這兒所晝的稜鏡 只是垂直向的楔形稜鏡，為了讓圖示中的成像元件（〇s)看得更 清楚，所以將它晝在空間光調變器（SLM)的前面。 圖2b所示為一個位於調變範圍前的水平向楔形稜鏡(PH)和 所使用的相應座標及尺寸。這兒的細彡稜鏡穿過縱座標。 圖2c所不為一個垂直向、通過橫座標的楔形稜鏡（pv)。如 下文所述，兩個楔形稜鏡相互疊加。 圖3所示為本發明方法之流程圖。本方法的起點是 一個在大 量物件點（GP)下結構化的三維場景⑽_s)。色彩和深度資訊可 供物件點（GP)制。其巾’藉助物件點的深度資訊及根據觀看 者的位践物地魏觀麵_孔可算祕件闕可見度。針 對每個可見的物件點來說’步驟A中可測出全像平面㈣中或 空間光調變11上所屬__⑽）之大小和位置。按本發明的 21 200915026 構想’預重建的物件點㈣解釋為全像平面中成像元件的焦 點’而成像元件則可理解為凸透鏡（L)及垂直向或水平向稜鏡 (PH，PV)的組合（見圖此和此）。子全像片⑽的全像複數值 乃是透過計算和分_魏_成像元件（⑹馳之傳遞或調 制函數（預重建的物件點㈣落在成像元件的焦點上），在空間 光調變器中的-個調變範_，從每―預重建物件點之波前中算 出。因此，就每個可見的物件點來說，步驟B1中可算出透鏡（L) 的焦距來作為物件點（〇p)到全像平面㈣的標準距離。 步驟（B2)中所屬子全像片（SHl)的複數值係從& =卿 { -1*[ (π/λί ) * ( χ2 + y2 )]}算出，其中λ為參考波長、f 為焦距、（X，y)為相關坐標組。座標系統則如前所描述設定的。 步驟（C)中係异出全像平面中稜鏡(p)之子全像片（SHp)值。垂 直向稜鏡（P)的線性因子Cx是以cx = Μ * (2π/λ)測 出，其中Μ為稜鏡斜角。垂直向稜鏡則是以Ν為稜鏡斜 角。相關子全像複數值之複數值從兩個稜鏡項的疊加得 出：Sik= zp = exp { i氺[G*(x-a) + Cy*(y~b)]}若 全像重現裝置可在能見範圍（VR)中呈現光源投射的特 性’則稜鏡項可省略不用。 算出透鏡(L)之子全像片（SHl)和稜鏡(P)之子全像片（s^) 值後，在步驟(D)中將透鏡和稜鏡的複數值複數相乘疊加得出子 22 200915026 全像片組之數值：

Zsh = ZL 氺 Zp 或符號式 SH 二 SHl 氺 SHp 步驟（E)中之子全像片（SH)係配有一個均勻分配的隨機相位。 步驟（F)中係強度調變，其中子全像片㈣配有—個強度因 子，並以ZSH = C * zs„或符號式SH = c * SH來表示。一個物件 點（0P)的子全像片組現已完整呈現。 在接下來的步驟⑹中（也可分開進行），將物件闕子全像片 疊加成-個母全像片（D。物件點的單一子全像片值伽) 是可疊加的並可將其複數相加成母全像片。 V. 母全像片=物件點子全像片之複數總和： H2slm = Σ SHi 或 ZSLM= Σ ZShi (對全域座標來說） 母全像片（ΗΣΜ)代表所右榀料 有物件點的全像片，也代表整個場景 23 200915026 (3D-S)及其重建。 如前所述，最後的一個步驟（Η)中，可透過編碼將母全像片 值轉換為一個全像重現裝置用之像素值，該裝置同樣採用最佳方 式來運用子全像片的原則。特別這裡指的是專利文件W0 2004/044659, W0 2006/027228, W0 2006119760 及 DE 10 2006 004 300中的裝置。 圖4所說明的是原則上可透過本方法，將物件點（〇ρ)置於 全像平面（HE)後進行重建。在此情況下，成像元件（os)包含 了上述的稜鏡（P) ’但成像元件中的透鏡在此情況下卻是一個散 射透鏡（L)，可算出調變範圍内的波前。 圖5所示為製作母全像片（ηΣμ)的方法及顯示如何擴充一 個附有一個全像管線(HGP)的三維渲染管線（RGP)，使能從含深 度資訊的影像資料中產生全像重現裝置（ΗΑΕ)裡空間光調變器 (SLM)之全像複數值。 在三維渲染繪圖管線中，將進行如螢幕坐標轉換至裝置坐 標、紋理化、裁切（clipping)及抗鑛齒（antialiasing)等方 法。三維雜_管線乃在描述—個三維場景如何轉換成作為三 維場景二維投影的_式影像，舰現的絲分為兩個記憶體區： 旦面缓衝區.含有色彩值或色彩資訊，也就是觀看者所看 24 200915026 到场景的所謂色彩對應表（〇Dl_P)。 個標準化衝I、含有在鮮呈贿所·場景深麟應表或一 τ ’、、不’就如同觀看者從他的位置所相的場景-樣。 於姻轉’在81 5巾個難人並圖解表示賴管線的 區。這些資料係以下全像色彩管線_)的輸人資料，專 門衣造整個場景⑽_s)的彩色全像魏值 =色⑽）皆有-個全像色彩管線，每個全像㈣管線=; ^特有的波長。在圖中這些標有代表原色附加符號的色彩緣圖 )將平行運作，績可確保物件點料-彩色全像片和 整個場景的概全綱_呈現。_ 了嶋備有晝面緩 衝區⑽# Z軸緩衝區（ZB)資料的個別全像管線，在此多工器 (MX)則被定為控制工具，使資料能相應地分配並傳送到個別的全 像色彩管線上。如前所述，作為子彩色全像片總和I= ς泚 並於最後將整個場景（3D-S)重建的母彩色全像片肥一是可 測得的。在全像重現裝置中，整個場景的色麵祕彻母彩色 全像片的時間或空間多工進行。 線中說明―-個物件點子全 個物件點的子全像片從一個 侍出，另一個版本則是圖工至 另外，可從上述繪入的全像管 像片的不同方法。第一個版本中， 或數個預先製作好的對照表（LUT) 25 200915026 圖4所說明的方法 三維渲染繪圖管線和全 所根據的原則進行說明，但不―、圖:的分開插述有助於對 空間上是分開的。本方法主=Μ些實作的運算裝置在 染綠圖管線的緣圖晶片來進行。、=的處理為、戏執行三維澄 硬體和軟_充，另外從有_ = ^_其優點以 進行全像管線實作也是可能的。又—個額外的晶片上 本發明的一個有利實施八 遞到執行本方法的裝置上。置將其組態資料傳 ^分辨率，必要的話還包括編碼法二:=間光調變器的 特(Burckhardt)法、二相位法 二=枓，例如柏克哈 相應地調^也因此，執行本方法 片讀參數化並做 所未實“其前 :=r,^ 26 200915026 【圖式簡單說明】 圖1.係全像重?^裝置之基本原理和一個物件點的調變範圍； 圖2a:係重現裝置之側視圖及一個含透鏡和稜鏡之成像元素； 圖2b:係調變範圍和一垂直向稜鏡； 圖2c:係調變範圍和一水平向棱鏡； 圖3: 係本發明方法之流程圖； 圖4: 係一物件點重建位於全像平面後的方法； 圖5: 本方法的一個最佳實施例流程圖和一個附有一個全像管 線的三維渲染繪圖管線之色彩擴充。 疋件符號簡單說明：

3D、S RGP FB ZB HGP MX hae B SLM HE 透過物件點架構的場景 三維渲染繪圖管線 —維》旦染繪圖管線的晝面缓衝區（Frame Buffer) 三維渲染繪圖管線的Z軸缓衝區 全像管線 多工器 全像重現裝置 顯示工具 空間光調變器 全像平面 27 200915026 VP 觀看者眼睛/觀看者位置 VR 能見範圍 OP 一般物件點 OPn 特別含參考指數的物件點 SH 一般子全像片 SHl 一個透鏡的子全像片 SHp 一個稜鏡的子全像片 MR 調變範圍 SH, 一般子全像片（指數化） Η Σ SLM 母全像片 OS 成像元件 L 透鏡 P 棱鏡 PH 平行向稜鏡 PV 垂直向棱鏡 28

Claims (1)

1. 200915026 十、申請專利範圍： 1. -種彩色全像糾的雜成像和製作方法，至少含有一個空間 光L(SLM)的全像重現裝置（HAE)，在該空間光調變器上， 將一個散射成物件點㈣的場景（3D-S)作為母全像片dM) 進行、’扁碼，並於—能見範圍（VR)中重建該場景；能見範圍位於 像片重建之週期性間距内，和每一預重建之場景（3D-S)物 件點（〇P)共同界定一個子全像片（subhologram / SH)，再由子 王像片疊加而成母全像片（ΗΣμ);其中，三維沒染繪圖管線（RGP) 用以處理含深度資訊、透過影像鮮現的場景 (3D-S)的物件點 (〇Ρ)，為物件點（〇ρ)至少算出和提供色彩及深度資訊，並針對 每—可見的物件點（QP)從至少—個對照表取出子全像片⑽) 之全像複數值，或從空間光調變器（SLM)中一個調變範圍（MR) 内的預重建物件點（Qp)波前分析算出該複數值，及用全像色彩 官線（HGP)同步算出疊加後的母全像片（1^)，使每_原色的 全像色彩管線皆能產生彩色全像值。 2. 如申請專利範圍第1項所述之彩色全像影片的沒染成像和製作 方法其中二維>宣染緣圖管線（RGP)針對每一物件點將得出的色 彩值存入一個畫面缓衝區(Frame Buffer) (FB)，把得出的深度值 存入一個每個原色皆有單獨記憶體之z軸緩衝區（Ζβ)，並將全 像色彩管線（HGP)存放至所屬的記憶體中。 29 200915026 3.如申轉利麵第1項所述之彩色全像影片的綠成像和製作 方法’其中三維演染賴管線⑽）針對每—物件點將得出的色 彩值存入-個畫碰衝區⑽），把得㈣深度值存人每—原色儲 =之_衝區⑽+，並至少有一個多工器（Muitipiexer) (MX)控制這些資料分配和傳遞到每—同步進行的色彩管線卿） 上。 4.如申請專利顧第3項所述之彩色全像影片的轉成像和製作 方法，其中每一全像色彩管線⑽）含有一個晝面緩衝區㈣和 一個Z軸緩衝區⑽及至少有一個多工器（Μχ)控制三維沒染 、、曰圖皆線(RGP)的結果分配和傳遞到這些色練_記憶體區塊 上0 5·如申請專利範圍第丨項所述之彩色全像影片的雜成像和製作 方法其中透過a十算和分析調變範圍⑽)内成像元件(〇s)模組之 傳輪或調制函數’侧重麵物件點(Qp)成像元件的聚焦，並從 空間光調變器中-個調變範圍⑽）内的預重建物件點（〇p)波 前’算出子全像片（SH)之全像複數值。 6·如申請專利範圍第5項所述之彩色全像影片的演染成像和製作 方去’其中成像元件（0S)至少包含一個透鏡（l)。 30 200915026 7·如申請專利範圍第6項所述之彩色全像影片_成像和製作 方法，其中成像元件_至少還包含„個稜鏡(ρ)。 8· Μ所述之彩色全像影片的沒染成像和製作 方法’其中成像元件㈣包含—個透鏡（L)和至少—個稜鏡 (Ρ)，並針對場景（3D-S)的每—可見物件點還包含以下步驟·· Α:异出子全像片⑽）的以、和位置來作為調變範圍 ㈣，該範ffi的尺寸標註是以a為半寬，b財高，並配 有區域坐標； 算出調變範圍⑽）中透鏡⑹之子全像片值，包含： B1.測又透鏡（L)的焦距（0來作為調變範圍（mp) 中預重建物件點（〇P)之標準距離； B2: 從 泣=exp i (π/λί ) * ( χ2 + y2 )]}，其中以入為參 考波長f為焦距、相關坐標組（χ，y)及一個凹/凸鏡之有 Μ數值’算$透鏡(L)之子全像片複數值（SE) ; ^ C：算出調變範圍（MR)中稜鏡（P)之子全像片值，包含. C1:測定水平向稜鏡（PH)之線性因子G，並在χ # 間距e [-a，a]中以G = Μ * (2π/λ)表示，其中Μ為稜鏡斜 31 200915026 角； C2:測定垂直向稜鏡（PV)之線性因子cy，並在y軸 間距e [-b，b]中以Cy = N * (2π/λ)表示，其中N為稜鏡斜角； C3:豐加兩個稜鏡項 Zp = eXp { i* [ Cx*(x—a) + Cy*(y-b)]}算出稜鏡組之子全像片複數值（shp); D:對透鏡（L)的子全像片（SHl)和稜鏡（p)的子全像片 (SHp)進行調變，其中 透鏡和稜鏡的複數值以ZSH = ZL * ZP或符號式SH = SHl * SHp 相乘； E:使用隨機相位，給每一調變過的子全像片都分配一個隨 機分散的相位φζ，並用ZSH := Zs" exp (池）或 SH:=SH*exp(池）進行複數乘法； F.峨強度，用ZSH c * Zsh或SH 來表示， 使調變的子全像片值配有—個實際強度因子C。 申％專㈣圍第1項或第8項所述之純全像影师宣染成 Η方法其中所异出調變範圍⑽）的位置須使調變範圍 的中心位於預重建物件點（〇p)和能見範圍⑽中心的直 32 200915026 線上。 10.如申請專利卿丨項或第8項所述之彩色全像影㈣染成 像和製作方法’其中透過物件點追縱能見範圍⑽到空間光調 變器上（SLM)從而算出調變範圍（MR)的大小。 士申明專利犯圍第8項所述之彩色全像影片的沒染成像和製 作方法，其中考慮到子全像片㈣的位置，將子全像片疊加成 母全像片ΗΣ^ SSHi作為子全像片⑽之複數值。 ^如申請專利範圍第8項所述之彩色全像影片的沒染成像和製 作方法’其中給物件點的每—士 μ 母啦過子全像片⑽都分配一個隨 機讀的她，且子全制崎機她皆平均分散。 ==專利範圍第1項到第12項其中一項所述之彩色全像影 w献㈣作方法’射另將耗全像概轉 光調變器（SLM)之像素。 製 相 2申__ 13項所述_全__成像和 、法’其中將全似複數_換為柏克哈特（Burckhardt) 位为量或雙相位分量或其他編瑪法。 33 200915026 15.如申賴咖第丨項鄕12項其卜韻叙 片的沒染成像和製作方法，射將—個奴的如範圍在物^ =構化，並針對與色對目_每—物件點將子全像片存入對照 16.如申請專利範圍第i項到第12項其中 片的渲染成像和掣作方法^ 、 “衫色全像影 上社構化倾f惟^ 中將—個設定的郎範圍在物件點 元件㈣成狀子全抑她梢Μ対—個成像 泰乃#出亚存入所屬的對照表中。 π.如申請專利範圍第丨項到第13 片的沒染成像和製作方法，其中人*項所述之彩色全像影 像再現裝置，其中顯示工具⑻=2；；個顯示工具®之全 變5|中，（3D 9 ”、、工間光5周變器（SLM)，在該調 U中W⑽-S)之全像片經編石馬而成 -個在空間光調變器中編碼的全冉為先子 件上。 X每豕波前顯現在該光學元 队如申請專利範圍第1?項所述之 作方法，其中光學元件為一透鏡或反像影片的渲染成像和製 34