[發明專利]一種采用平面光波導回路的立體成像方法及裝置

有效

• 申請號: 201310096956.1
• 申請日: 2013-03-25
• 公開（公告）號: CN103207458A
• 公開（公告）日: 2013-07-17
• 發明（設計）人: 李志揚
• 申請（專利權）人: 李志揚
• 主分類號: G02B27/22
• 分類號: G02B27/22;G03B35/00;H04N13/04
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 朱盛華

技術領域

本發明屬于三維成像技術領域，具體地涉及一種采用平面光波導回路的立體成像方法及裝置。

背景技術

三維顯示可分為偽三維顯示和真三維顯示。前者如基于雙目視差的立體顯示，它把兩幅不同視角的畫面分別呈現給觀察者的左右眼，使其產生立體幻覺，長期觀看容易引起疲勞。后者直接在空中形成真實三維圖象，觀察者不需要佩戴任何輔助眼鏡，觀看更加舒適自然。

真三維立體顯示既可以采用非相干方法實現，如集成成像技術，體成像技術，也可以采用相干方法實現，如全息技術。非相干方法和相干方法之間的最大區別在于前者采用非相干光源，無法利用光波的位相信息，而后者采用相干光源，可以充分利用光波的位相。光波位相包含著物體的形狀和位置信息。非相干方法由于丟掉了光波的位相信息，只能依靠額外的，往往也是復雜的，機械掃描或光學裝置在三維空中成像，由于其所遵循的幾何光學成像原理本身的限制，只能在有限的景深范圍內達到可以接受的成像分辨率。相干方法由于可以充分利用光波位相攜帶的形狀和位置信息，因此往往結構簡單，而且借助波動光學成像原理，成像景深大，分辨率高。例如，簡單一塊全息干版就足以在空中形成三維圖象，不需要任何光學透鏡或機械掃描裝置。但是對大型物體，全息干涉條紋在亞微米量級，遠遠小于平板顯示器的像素尺寸；同時海量干涉條紋數據給實時數字采集、處理、存儲、傳輸和顯示帶來了極大困難。

本申請人的發明專利《基于隨機相長干涉的三維顯示方法及裝置》（中國專利號：200810046861.8）提出了一種新的相干三維成像方法。其核心思想是構造一個二維點光源陣列，這些點光源發出的球面波相互交匯，通過相長干涉在空中形成光斑，即立體體元（簡稱體元，與二維平面顯示中的像素相對應），進而由大量體元形成離散立體圖象。為了實現動態顯示，需要對上述二維點光源陣列中每個點光源的振幅和位相進行實時獨立調節，同時為了抑制高階衍射產生的多重像，點光源的位置呈隨機分布。根據上述成像原理，只需要知道每個體元的位置和亮度，就可以確定每個點光源的振幅和位相調節量，通過調節每個點光源的振幅和位相，使得這些點光源發出的球面波到達空間預定位置時同位相，這樣由于相長干涉在預定位置形成體元，進而由大量體元形成離散立體圖象。這意味著，與二維平面顯示相比，只需要額外知道縱深信息就可以在空中形成三維圖象，信息增加量僅約30%，這給三維數據的實時存儲、傳輸和顯示帶來了極大便利。上述發明專利同時給出了借助不同類型液晶顯示器產生二維點光源陣列的裝置。而液晶材料必須借助液晶分子的機械轉動調節光波的振幅和位相調節，響應時間一般在毫秒量級。

發明內容

本發明的目的是針對上述現狀，旨在提供一種圖像刷新率高而且顯示器輕薄穩定的采用平面光波導回路的立體成像方法及裝置。

本發明目的的實現方式為，一種采用平面光波導回路的立體成像方法，具體步驟如下：

A、設計制作平面光波導回路，把相干光源發出的相干光轉化為二維點光源陣列，且二維點光源陣列中每個點光源的位置呈隨機分布，記第p個點光源的位置為r_p，同時在平面光波導回路中為每個點光源設計制作一個振幅調節器和一個位相調節器，以便對每個點光源的振幅和位相進行獨立調節；

B、在每個振幅調節器和位相調節器的驅動電壓為零時，測定并記錄步驟A中所產生的每個點光源的初始振幅A_p-0和初始位相Φ_p-0；

C、將需要顯示的三維立體圖像離散化，得到每個體元的位置和亮度，設置每個體元的振幅A_v為其亮度的平方根；按照亮度從高到低的原則，把所有體元分成Q組；

D、選取步驟C中的一組體元；

E、對步驟D中選擇的一組體元中的每個體元，對其位置附加一個隨機偏移量，隨機偏移量小于偏移前相鄰體元間的平均間隔，同時為它賦予一個隨機位相，得到每個體元的最終位置r_v和位相Φ_v；

F、選取步驟E中的一個體元v；