[發明專利]一種基于共軛延拓的實時全息投影系統

有效

• 申請號: 201310296569.2
• 申請日: 2013-07-10
• 公開（公告）號: CN103425034B
• 公開（公告）日: 2016-11-30
• 發明（設計）人: 蔣曉瑜;裴闖;李強;閆興鵬;梁浩聰;汪熙;劉中晅;張鵬煒;趙鍇;趙哲
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍裝甲兵工程學院
• 主分類號: G03H1/22
• 分類號: G03H1/22;G03B21/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于全息與投影顯示技術領域，具體涉及一種能夠實現目標物實時全息投影顯示的全息投影系統。

背景技術

隨著激光技術和全息技術的快速發展，全息顯示已經深入到社會生活的各個領域。全息投影系統利用激光照射全息圖，獲得目標的真實再現。相對于傳統的單一像素到單一像素的投影系統，全息激光投影利用全息圖上所有像素對再現面上的每一個點進行再現，其再現圖像色彩鮮艷、對比度高，并且具有信息冗余、容錯性能力強等諸多優點。全息投影技術能夠廣泛應用于舞臺、影院、廣告、博覽會等公共場合，可替代任何現有的顯示設備，具有非常強的感染力和獨特效果，商業潛力巨大。同時，全息投影系統在未來的國防軍事領域同樣具有廣闊的應用潛力。

全息投影系統的核心問題在于目標物全息圖的生成。目前，全息圖的獲取技術主要包含以下幾種：一種是利用光學全息的方法，即采用物光波與參考光波在全息材料上形成干涉條紋獲取全息圖。該方法制備過程繁瑣，對環境要求苛刻，且無法記錄虛擬物體或者大場景圖像。一種是采用計算全息理論，將目標物視為自發光物體，模擬物面到全息面的衍射和干涉過程獲得數字全息圖；或者采用優化算法，通過在全息面和再現面之間的多次傅里葉變換及其逆變換的迭代操作，獲得全息面的位相分布作為全息圖。由于全息圖所包含的數據量極大，一張利用光學全息制作的手掌大小的全視差全息圖含有近1000億比特的數據，這對全息圖的計算速度提出了重大的挑戰。因此，目標物全息投影的實時性是困擾該技術應用的一個瓶頸問題。

目前，國內針對實時全息投影系統尚處于理論與實驗研究階段，尚無工程應用?；谶@種情況，本發明提供了一種基于共軛延拓的實時全息投影系統，利用光計算方法極大地提高了全息圖的獲取速度，實現了目標物的實時全息投影顯示。

發明內容

本發明的目的是提供一種能夠對目標物實時再現的全息投影系統。關鍵技術在于對目標物通過光學系統或者計算機數字處理的方式進行共軛延拓，根據共軛延拓圖像的傅立葉變換是實值函數的性質，通過傅立葉光學系統或者數字傅立葉變換獲取目標物的數字全息圖，加載到空間光調制器中，在激光光源的照射下實時衍射成目標物的全息投影圖像。

本發明的特征在于，一種基于共軛延拓的實時全息投影系統，至少含有：目標物，共軛成像系統，共軛延拓圖像，傅里葉變換透鏡，CCD攝像機，數字全息圖，計算機，激光光源，準直系統，空間光調制器，投影屏幕。其中，由傅里葉變換透鏡、CCD攝像機和計算機構成全息圖獲取系統，由激光光源、準直系統、空間光調制器和投影屏幕構成數字全息圖的投影再現系統。

采用本發明實現目標物的實時投影再現步驟為：由共軛成像系統對目標物進行水平或者垂直方向的共軛延拓，傅立葉變換透鏡構成的傅立葉光學系統對其光學成像，CCD攝像機拍攝成像結果作為數字全息圖。或由CCD攝像機拍攝目標物圖像，計算機對其數字共軛延拓并進行快速傅立葉變換(FFT)，取變換結果的實部構成數字全息圖。將數字全息圖加載到空間光調制器中，激光光源經過準直系統準直后，被加載了數字全息圖的空間光調制器調制，在投影屏幕上實時再現目標物。

所述的共軛成像系統可以是由分光鏡、梯形等腰棱鏡、屋脊棱鏡、潛望棱鏡或者等腰直角棱鏡、潛望棱鏡構成的光學系統，也可以是由CCD攝像機與計算機構成的數字圖像處理系統。其中，由分光鏡、梯形等腰棱鏡、屋脊棱鏡和潛望棱鏡組成的垂直轉像移像系統實現對目標物的垂直方向共軛延拓，由等腰直角棱鏡、潛望棱鏡組成的水平轉像移像系統實現對目標物的水平方向共軛延拓。

所述的全息圖獲取系統采用對共軛延拓圖像進行單次傅立葉變換，變換結果為實數矩陣，該實數矩陣即為目標物的全息圖。共軛延拓圖像的單次傅立葉變換通過傅里葉變換透鏡組成的傅立葉光學系統實現，當采用計算全息時，由計算機進行快速傅立葉變換(FFT)實現。

所述的數字全息圖包含了目標物的所有幅值和相位信息，可以是相位型全息圖，也可以是幅值型全息圖。同時，所述的數字全息圖具有可疊加性，通過不同目標物全息圖的數字相加，可以實現多個目標物的同時投影再現。

所述的空間光調制器可以是透射型的，也可以是反射型的，調制模式為幅值調制或相位調制。

與現有技術相比，本發明提供的全息投影系統具有以下優點：

1、由于共軛延拓圖像的傅立葉變換為實值函數，將該實值函數作為全息圖包含了目標物的所有信息，避免了僅將幅值或者僅將相位作為全息圖的信息損失，全息圖的再現質量更高。