[發明專利]一種可調節重建三維場景視場角的相位型全息打印方法

在審

• 申請號: 201710885741.6
• 申請日: 2017-09-26
• 公開（公告）號: CN107490948A
• 公開（公告）日: 2017-12-19
• 發明（設計）人: 牛萍娟;孫玉楷;高志剛
• 申請（專利權）人: 天津工業大學
• 主分類號: G03H1/04
• 分類號: G03H1/04;G03H1/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及全息打印領域，具體涉及一種可調節重建三維場景視場角的相位型全息打印方法。

背景技術

三維顯示技術在軍事國防、文化教育醫療衛生等領域具有廣闊的應用前景。三維顯示技術提供了三維場景深度感知，人類視覺系統感受到的是三維世界到二維投影的圖像，并由二維圖像認知三維世界的過程。人類感知自然深度是由于左、右眼觀看真實世界有輕微的差異，大腦將二者進行融合，獲得三維立體感覺。現有成熟的三維顯示技術如雙目視差顯示、體三維顯示等都無法提供人眼感知三維所需要的全部深度信息，觀看時間長易產生視疲勞。隨著計算機技術與空間光調制器器件的發展，計算產生的全息圖可以被上載到空間光調制器實現三維顯示。計算全息三維顯示由于不受傳統記錄介質與取向元件的約束可以滿足復雜物體的顯示要求。但是計算全息三維顯示系統的視場角受空間光調制器限制，所以本文提出一種可以改變視場角的相位型全息打印方法。

空間光調制器靶面由許多獨立單元組成的一維線陣或二維陣列，獨立單元可以是物理上分割的小單元，也可以是連續的整體。由于器件材料的分辨率和輸入圖像或信號的空間分辨率有限，而形成一個一個小單元，是一種能對光波的空間分布進行調制的器件，能對光波的相位、振幅或強度、頻率、偏振態等的一維或二維分布進行空間和時間的變換或調制，其輸出光信號是隨控制電或光信號變化的空間和時間的函數。空間光調制器在光學信息處理或光互連系統中，它們可用作系統的輸入器件，也可在系統中用作變換或運算器件。在本文其用作變換運算器件，通過改變光波的的相位，將三維信息加載到出射光，并與參考光在體全息材料內發生干涉，記錄三維信息于材料內。由于空間光調制器的空間帶寬積有限并且視場角有限，所以一種可以改變視場角的相位型全息打印方法有很大的實際意義。

點源法是產生改變視場角的相位型全息打印方法加載到空間光調制器的相位型全息圖的算法之一。點源法認為一個三維物體是一個理想的漫射體，可以把三維物體看成多個離散的點，每個點都可以認為是一個可以發光的點光源，每一個點光源經過菲涅爾衍射到達全息面是一個球面波分布，把所有離散點做菲涅爾衍射到達全息面的球面波復振幅疊加即得到三維物體的全息圖。計算全息是使用計算機編程模擬光學全息記錄過程，并用編碼的方式制作全息圖。計算全息不受實驗室環境的影響可操作性強，可重復行高，成本高。

從傳統全息到計算全息，我們尋找其優勢互補的作用點在全息打印。雖然在很多領域取得了一定成績，但計算全息生成全息圖的速度受全息計算算法以及硬件的限制，導致全息打印無法提高。為了優化算法，在計算全息圖時運用查表法提高打印速度。把每一個離散點對全息圖的貢獻預先存儲在計算機中，等到需要生產全息圖時只需要把存儲設備中所需要的點讀取出來并進行疊加即可得到三維物體的全息圖。提高了計算全息生成全息圖的速度，打印顯示效果同樣需要提高，目前存在兩個問題：

(1)空間光調制器空間帶寬積受限制

(2)空間空間光調制器視場角受限制

發明內容

本發明旨在至少解決上述技術問題之一。

為此，本發明的目的在于提出一種可調節重建三維場景視場角的相位型全息打印方法，使全息打印中重建三維場景的視場角可以達到所需角度，并提高空間帶寬積，提高三維顯示質量。

為了實現上述目的，本發明的實施例公開了一種可調節重建三維場景視場角的相位型全息打印方法，包括以下步驟：S1：根據需求利用3D輔助軟件產生三維場景或利用激光掃描儀產生客觀事物點云數據；S2：對三維場景或客觀事物點云數據進行抽樣，并利用點源法生成相位全息圖；S3：空間光調制器加載相位全息圖，對重建三維場景清晰度、空間分辨率等進行評價，選擇重建效果最好的全息圖進行打印；S4：通過改變系統的參數達到所需視場角的角度；S5：對重建三維場景效果進行檢測并應用。

進一步地，步驟S1中：所述3D輔助軟件產生三維場景或利用激光掃描儀產生客觀事物點云數據是支持點、直線、多邊形、表面和自由形態曲線的文本文件。

進一步地，在步驟S2中，所述抽樣過程為間隔相同的僅對三維場景或客觀事物點云數據構成模型成分中點的均勻抽樣。

進一步地，在步驟S3中，所述使用空間光調制器是高光能利用率與高衍射效率的液晶型相位空間光調制器。

進一步地，在步驟S4中，所述系統的參數是通過改變系統中微縮結構來實現的。

根據本發明實施例的可調節重建三維場景視場角的相位型全息打印方法，具有以下優點：