[發(fā)明專利]基于球面全息的二維角度復(fù)用方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011470287.6
• 申請(qǐng)日: 2020-12-15
• 公開（公告）號(hào): CN112558451B
• 公開（公告）日: 2022-01-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王君;劉嬋娟
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 四川大學(xué)
• 主分類號(hào): G03H1/08
• 分類號(hào): G03H1/08;G03H1/00;G06T15/06
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• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明提出一種基于球面全息的二維角度復(fù)用方法。該方法包括基于相位補(bǔ)償?shù)那蛎嫜苌溆?jì)算模型和二維角度復(fù)用及重建方法兩個(gè)部分。該方法首先通過相位補(bǔ)償方法，快速地得到目標(biāo)球面片段的衍射場(chǎng)分布。在二維角度復(fù)用時(shí)，只需要利用球面全息的兩個(gè)維度的張角參數(shù)的改變，即可實(shí)現(xiàn)二維角度復(fù)用，并將多個(gè)全息圖直接疊加得到最終的全息圖；在重建時(shí)只需要按照不同的張角參數(shù)再現(xiàn)重建即可得到物體的不同視角圖像。該方法的有益效果在于：相比于傳統(tǒng)的角度復(fù)用方法，采用基于球面全息的二維角度復(fù)用方法有效地提高了角度復(fù)用效率，且重建質(zhì)量高，是實(shí)現(xiàn)擴(kuò)大再現(xiàn)視角的有效途徑。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種全息顯示技術(shù)，特別是計(jì)算全息的生成與重建方法。

背景技術(shù)

全息顯示作為一種最理想的真三維顯示技術(shù)，一直受到極大的關(guān)注。而計(jì)算全息因其既可以記錄真實(shí)物體還可以記錄虛擬物體而成為近期的一個(gè)研究熱點(diǎn)。但是計(jì)算全息有一個(gè)亟待解決的技術(shù)問題，這個(gè)問題就是計(jì)算全息不可避免地受到再現(xiàn)視角的困擾。而再現(xiàn)視角受限的原因是再現(xiàn)時(shí)使用的空間光調(diào)制器件的像素具有一定的物理尺寸，不可避免地決定了再現(xiàn)視角。入射光的角度復(fù)用對(duì)擴(kuò)大視角有一定的效果，但依然不理想。因此，為解決計(jì)算全息圖生成與再現(xiàn)過程中的視角受限問題，亟需提出一種新的角度復(fù)用方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)上述計(jì)算全息圖生成與重建過程中的角度復(fù)用問題，提出一種基于球面全息的二維角度復(fù)用方法。該方法包括基于相位補(bǔ)償?shù)那蛎嫜苌溆?jì)算模型和二維角度復(fù)用及重建方法兩個(gè)部分。

所述的基于相位補(bǔ)償?shù)那蛎嫜苌溆?jì)算模型的具體描述為：

步驟A1，建立一個(gè)由物平面到目標(biāo)球面片段的衍射模型，在該衍射模型中，物平面與傳播方向垂直且平面的中心位于傳播光軸，目標(biāo)球面片段的中心與球心都位于光軸且其弦切平面與物平面平行等大，坐標(biāo)原點(diǎn)位于球心；

步驟A2，依據(jù)標(biāo)量衍射理論計(jì)算物平面到目標(biāo)球面片段弦切平面的衍射過程，表示為：u1(x1,y1,z1)=FrT{u0(x0,y0,z0),zd}，其中U0和U1分別表示物平面和弦切平面的衍射場(chǎng)分布,(x0,y0,z0)和(x1,y1,z1)為其直角坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，衍射距離為zd=z1-z0；

步驟A3，以弦切平面的衍射場(chǎng)為基礎(chǔ)，采用相位補(bǔ)償法計(jì)算目標(biāo)球面片段的衍射場(chǎng)u2(x2,y2,z2) = u1(x1,y1,z1)×exp(-j×k×zc), x2=x1, y2=y1, z2= R×cosθ×cosφ, zc=z2-z1, 其中, sinθ=x2/(R×cosθ), sinφ=y2/R, θ和φ分別為球面片段在經(jīng)向和緯向的方向角坐標(biāo)。

所述的二維角度復(fù)用及重建方法具體描述為：

步驟B1，對(duì)一組最大張角為(θ1, φ1)的球面片段衍射場(chǎng)進(jìn)行全息編碼，得到全息圖H1；

步驟B2，對(duì)經(jīng)向和緯向張角這兩個(gè)維度進(jìn)行n次復(fù)用，即(θ2, φ2), (θ3, φ3),……(θn, φn)，可以得到二維角度復(fù)用的n個(gè)全息圖，即H2, H3,…Hn，再對(duì)全息圖進(jìn)行疊加，得到最終的全息圖H=H1+H2+H3……+Hn；

步驟B3，對(duì)最終的全息圖按照n次復(fù)用的張角條件組，即(θ1, φ1), (θ2, φ2),(θ3, φ3),……(θn, φn)，進(jìn)行全息重建，可以得到n個(gè)物體的不同視角。

所述的標(biāo)量衍射理論可采用但不限于角譜衍射理論或菲涅爾衍射理論等平面到平面的衍射計(jì)算公式進(jìn)行目標(biāo)平面衍射場(chǎng)的計(jì)算。

該方法的有益效果在于：相比于傳統(tǒng)的角度復(fù)用方法，采用基于球面全息的二維角度復(fù)用方法有效地提高了角度復(fù)用效率，且重建質(zhì)量高，是實(shí)現(xiàn)擴(kuò)大再現(xiàn)視角的有效途徑。

附圖說明

附圖1為本發(fā)明的物平面到目標(biāo)球面片段衍射模型示意圖。