[發(fā)明專利]用于編碼重建三維物體的復值信號的方法和裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201780018345.1
• 申請日: 2017-01-18
• 公開（公告）號: CN108885425B
• 公開（公告）日: 2021-10-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 斯蒂芬·瑞切特;諾伯特·萊斯特;安妮·弗勞恩霍夫
• 申請（專利權(quán)）人: 視瑞爾技術(shù)公司
• 主分類號: G03H1/08
• 分類號: G03H1/08;G03H1/32
• 代理公司: 北京連和連知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11278
• 代理人: 楊帆

本發(fā)明涉及一種將計算機生成的全息圖(CGH)的復值信號編碼到用于重建三維物體(4)的相位調(diào)制光學元件(3)的方法，以及用于編碼計算機生成的全息圖(CGH)的復值信號的計算機程序產(chǎn)品。本發(fā)明進一步涉及用于重建三維物體(4)的全息顯示器(10)。本發(fā)明的目的是減少在相位編碼的基礎(chǔ)上通過迭代方法對復值空間分布進行編碼的復雜性，從而更快地顯示所得到的計算機生成的全息圖，但具有相同或改進的重建質(zhì)量。尤其地，迭代優(yōu)化期間的收斂應該加速。這是通過一種方法實現(xiàn)的，在該方法中使用全息圖平面(7)以及重建平面(6)的自由度，從而優(yōu)化迭代方法，以在信號范圍(SW)內(nèi)獲得快速收斂并使衍射效率最大化。這還通過相應的計算機程序產(chǎn)品和相應的全息顯示器(10)來實現(xiàn)。

本發(fā)明涉及一種用于將計算機生成的全息圖(CGH)的復值信號編碼到用于重建三維物體的相位調(diào)制光學元件內(nèi)的方法，其中使用用于計算機生成的全息圖(CGH)的迭代計算的變換算法。

本發(fā)明還涉及一種用于將計算機生成的全息圖(CGH)的復值信號編碼到相位調(diào)制光學元件內(nèi)的計算機程序產(chǎn)品，以及一種用于重建三維物體的全息顯示器。

計算機生成的全息圖(CGH)基于CGH的衍射結(jié)構(gòu)處的足夠相干的電磁波的衍射原理，并且用于各種領(lǐng)域，例如數(shù)字全息術(shù)、全息成像、激光束成形、無掩模光刻和光學測量技術(shù)。全息圖的衍射過程也稱為重建。所述典型應用中的共同目標是通過CGH處的入射波場的衍射產(chǎn)生具有確定的相位分布和振幅分布的期望波場。

全息圖處的衍射可以理解為將入射波調(diào)制成期望的出射波。如果已知入射波和合成波，則可以以合適的形式計算并產(chǎn)生全息圖函數(shù)H_i(x,y)的理想所需的復合振幅：在這種情況下，使用術(shù)語計算機生成的或合成的全息圖。

計算理想全息圖函數(shù)的步驟也稱為全息圖合成。在隨后的編碼步驟中，全息圖函數(shù)H_i(x,y)的復合振幅被轉(zhuǎn)換成可以由給定調(diào)制器的特性產(chǎn)生的形式，即其可表示的值范圍。在該編碼步驟(也稱為全息圖表示)中，全息圖函數(shù)H_i(x,y)的理想所需的復合振幅被轉(zhuǎn)換為實際可表示的形式H_r(x,y)。

現(xiàn)有技術(shù)中已知的全息圖表示方法可以分為以下兩類：在直接表示的情況下，入射波U₀(x,y)由CGH直接調(diào)制，使得重建波U_R(x,y)直接從CGH中出現(xiàn)。這對應于以U_R(x,y)＝U₀(x,y)H_r(x,y)的形式表示的乘法調(diào)制。這種直接表示的最著名的示例是kinoform CGH。

在編碼表示中，CGH的信號函數(shù)H_r(x,y)不直接對應于H_i(x,y)，而是通過編碼規(guī)則H_r(x,y)＝F[H_i(x,y)]彼此鏈接，其中F是編碼規(guī)則。

各種編碼全息圖表示方法的共同特征是全息圖被分成各種離散分辨率單元，也稱為宏像素，其又相應地進一步細分為所謂的子單元，也稱為子像素。傳統(tǒng)上，信號函數(shù)H_i(x,y)的復合振幅被分解為純振幅值或純相位值。這種間接或編碼表示的示例是迂回相位全息圖或雙相全息圖。

本發(fā)明涉及所提到的第二種全息圖表示方法，其具有信號函數(shù)的編碼再現(xiàn)，特別是全息圖函數(shù)H_r(x,y)的時間優(yōu)化迭代計算，其可以由純相位值表示。

具有預定振幅分布和相位分布的復值重建波的產(chǎn)生尤其對于全息3D成像是重要的，因為全息圖相位包含待重建的場景的深度信息，而重建的灰度值分布或顏色分布通過全息圖振幅確定。對于利用全息顯示器的輔助的實時全息3D成像，實時能力的全息圖合成和光學元件(即，通常是空間光調(diào)制器(SLM))表示計算機生成的全息圖的具體特性將被考慮在內(nèi)，因為這不僅影響重建質(zhì)量，而且影響編碼所需的計算工作量。