利用反射全息实现计算全息三维显示

计算全息和光学全息都可应用于三维显示,但各有自己的优势和缺陷.将计算全息和光学反射全息相结合,可以突破光学全息对记录物体的限制,进行虚拟物体或自然场景的全息图的制作,同时可以实现白光再现.本文首先用三维扫描仪获得实际物体的三维数据,用"点云算法"模拟得到其菲涅耳全息图透射率数据,采用计算全息打印机将其输出于全息记录介质,得到可光学再现的菲涅耳计算全息图H1.然后将H1作为光学全息的记录物体进行反射全息记录,将平面全息转化为体全息,实现了计算全息白光再现.     

真实场景的三维视频采集及显示

提出了一种真实场景三维视频采集及彩色显示的方法.设计了一种采用条纹投影的实时三维成像系统及采用液晶空间光调制器的实时全息彩色三维显示系统.在三维成像系统中采用π相移正弦条纹与编码图案结合实现绝对相位测量,从而可以测量孤立物体.同时对采用数字微镜的投影仪进行改造,实现高速投影,并与高速摄像机配合实现三维视频采集.首先利用实时三维成像系统同时获取三维场景的彩色强度像和距离像;然后根据这些三维成像数据, 设计和制作计算菲涅耳全息图;最后在实时全息彩色三维显示系统中再现.三维信息的采集和显示速度达到了60帧每秒.     

利用反射全息实现计算全息三维显示

计算全息和光学全息都可应用于三维显示,但各有自己的优势和缺陷.将计算全息和光学反射全息相结合,可以突破光学全息对记录物体的限制,进行虚拟物体或自然场景的全息图的制作,同时可以实现白光再现.本文首先用三维扫描仪获得实际物体的三维数据,用"点云算法"模拟得到其菲涅耳全息图透射率数据,采用计算全息打印机将其输出于全息记录介质,得到可光学再现的菲涅耳计算全息图H₁.然后将H₁作为光学全息的记录物体进行反射全息记录,将平面全息转化为体全息,实现了计算全息白光再现.     

真实场景的三维视频采集及显示

提出了一种真实场景三维视频采集及彩色显示的方法.设计了一种采用条纹投影的实时三维成像系统及采用液晶空间光调制器的实时全息彩色三维显示系统.在三维成像系统中采用π相移正弦条纹与编码图案结合实现绝对相位测量,从而可以测量孤立物体.同时对采用数字微镜的投影仪进行改造,实现高速投影,并与高速摄像机配合实现三维视频采集.首先利用...     

实时全息三维显示技术研究进展

全息三维显示技术能有效地重建三维物体的波前，并为人眼提供完整的深度线索，已经成为三维显示领域的研究热点。相比于光学全息，计算全息通过计算机模拟全息图的记录过程，并采用可刷新的空间光调制器替代传统的光学记录材料作为全息图的承载媒介，因而成为理想的实现实时全息三维显示的技术方案。然而，复杂三维场景数据量巨大、空间光调制器调制能力不足以及全息三维显示系统展示度不高等问题仍阻碍了实时全息三维显示的发展。为了克服这些不足，研究者们在算法和硬件两方面做出了许多创新工作。本文综述了实时全息三维显示的进展。首先概述了全息术的基本原理和发展简史，接着详细介绍了全息图快速计算方法和针对现有空间光调制器的波前编码方法，然后讨论了深度学习对实时全息三维显示做出的贡献并介绍了一些典型的全息显示系统，最后对实时全息三维显示的未来发展进行了展望。     

基于光场重构的空间三维显示技术

真实空间三维显示可以通过精确再现三维物体的空间光场分布来实现.依据三维景物空间光场分布特性,提出并介绍基于光场重构的真实空间三维场景显示的基本原理与方法.实验表明,利用光场重构原理,可以运用现有的光学空间光调制器构造出比全息再现更为优越的真实三维显示.     

计算机制半周视彩色彩虹全息体视图

全息体视图(HS)是一种可加速计算的全息图，能够实现单色全息三维(3D)显示，将其与彩色彩虹全息相结合并实现允许多人围观的半周视彩色彩虹全息3D显示具有实际应用价值。在HS计算原理的基础上，设计单元全息图侧视角及视场角等参数，通过频域复用获得包含红色、绿色和蓝色信息的单元全息图的频谱，对频谱进行傅里叶逆变换后取实部得到该单元全息图，所有单元全息图的组合形成完整的半周视彩色彩虹HS。通过并行加速计算的方法实现分辨率为200800 pixel×200800 pixel、尺寸为64 mm×64 mm的高分辨率半周视彩色彩虹HS仅需15.15 min。采用反射照明的方式进行光学再现，实现了允许多人同时观看的清晰的彩色全息3D显示，其有望应用于3D军事地图、3D沙盘等领域。     

圆柱型层析计算全息技术研究

研究了三维物体圆柱型层析计算全息技术:分别将不同深度三维物体的圆柱截面与对应的点扩展函数进行卷积后叠加获得位于全息面的物光场分布，并与参考光干涉获得计算全息图，再现该全息图可对原物体实现360°观测。首先建立三维物体圆柱型层析计算全息模型，推导系统点扩展函数与不同方向采样间隔所需满足的条件；然后通过理论与实验分析了物体不同圆柱截面半径、波长对空间频率和系统传递函数的影响，采用峰值信噪比和均方误差来评价再现图质量；最后对三维地球模型采用圆柱型层析计算全息编码，再现了不同观察角度与深度的信息。仿真结果表明，该方法对于一般三维物体360°全视场显示具有较高的应用价值。     

紧凑型纯相位全息近眼三维显示

提出了一种紧凑型纯相位全息近眼显示方法，避免了4f系统的使用且通过滤波可消除零级光和高级衍射光的干扰，能够实现近眼虚拟现实（VR）和增强现实（AR）三维显示。在进行全息图计算时，三维物体被分割成多层图像，利用每一层图像相对于投影透镜焦平面的距离和投影透镜的焦距获得该深度对应的补偿相位因子，采用迭代优化算法获得三维物体的纯相位全息图并在所提系统中进行显示。通过数值模拟和光学实验，证明了所提方法的有效性。     

多路角度复用体全息三维显示技术

为满足高分辨率真三维大数据显示的空间带宽积要求,提出一种基于多通道角度复用模式的体全息三维显示技术。通过对三维场景进行波前编码,获得相位计算全息图,并将计算全息图依次按照不同角度复用记录到掺杂金纳米颗粒体全息光致聚合物材料的同一区域,获得复用体全息图,再现时可以在不同角度观察三维场景。在体全息三维显示实验系统中,实现体全息材料记录区域的单点像素总数为120×1 920×1 080,显示的空间带宽积达到了2.5×108,相对于空间光调制器显示提升了120倍。     

空间光调制器曲面拼接实现全息三维显示视角拓展

本文对多空间光调制器不同拼接方式拓展全息三维再现像视角的方法进行了分析,基于多片空间光调制器拼接拓展视角的思想,利用平面反射镜、分光镜和两片透射式空间光调制器设计了曲面拼接系统,进行了全息三维再现像的视角拓展实验研究。用该系统对四棱锥物体的层析菲涅尔衍射全息图进行再现,结果表明,总视角由基于单片空间光调制器的1.7°增大到3.2°,即拓展到约1.9倍,分光镜能够消除两片空间光调制器间的间隙,实现无缝拼接。该方法同样适用于更多空间光调制器的曲面拼接中,可以有效地拓展全息再现像的视场角大小。     

Holographic storage of three-dimensional image and data using photopolymer and polymer dispersed liquid crystal films

We present holographic storage of three-dimensional(3D) images and data in a photopolymer film without any applied electric field.Its absorption and diffraction efficiency are measured,and reflective analog hologram of real object and image of digital information are recorded in the films.The photopolymer is compared with polymer dispersed liquid crystals as holographic materials.Besides holographic diffraction efficiency of the former is little lower than that of the latter,this work demonstrates that the photopolymer is more suitable for analog hologram and big data permanent storage because of its high definition and no need of high voltage electric field.Therefore,our study proposes a potential holographic storage material to apply in large size static 3D holographic displays,including analog hologram displays,digital hologram prints,and holographic disks.     

新颖材料器件为全息显示带来的新机遇

三维显示是人类获取身临其境视觉信息的有效途径,其中全息技术能够提供人眼所需的全部深度信息,被认为是理想的三维显示方式.然而受目前显示器件的限制,如可刷新调制器件的时间-空间(时空)带宽积受限、海量数据云处理速率限制、图像质量不高的问题等,全息显示技术的发展进入了瓶颈期.为了提高显示质量、扩大时空带宽积、提升系统性能,需要发展崭新的全息显示器件,从根本上解决目前遇到的问题.超颖材料、超构表面以及二维材料等诸多新颖材料的涌现为全息显示带来新的机遇.超颖材料(表面)通过特殊设计,利用远小于波长的超构单元实现对波前各向同性或各向异性的振幅与相位的特异调控,进而将全息信息映射到超颖材料(表面)全息显示器件上,通过调控光波实现各种显示.发展可刷新的超构(表面、二维)材料并应用于动态全息显示中是未来的重要方向.虽然现有的新颖器件还面临着各种问题,但它们可为全息显示的发展提供潜在的可行性和新的视角与发展动力.     

三维立体显示技术研究新进展

在分析传统基于二维平面图像的三维立体显示技术的原理及特点的基础上,重点阐述了数字全息三维显示技术的应用研究现状,介绍了三种典型的数字全息显示技术:基于数字合成全息的三维显示技术、基于空间光调制器的数字全息三维显示技术以及基于集成数字全息技术的三维显示技术,并对三维显示技术研究及其应用中存在的关键技术问题进行了分析和讨论。     

21世纪的光学和光电子学讲座 第四讲 光全息术及相关产业的现状与发展

简要地叙述了光全息术半个世纪以来的发展,并就其应用较为广泛和产业化较为成熟的全息干涉计量全息存贮、显示全息和模压全息及其产业的现状与发展作了概述。     

Holographic imaging of full-color real-existing three-dimensional objects with computer-generated sequential kinoforms

We propose a computational method for generating sequential kinoforms of real-existing full-color threedimensional (3D) objects and realizing high-quality 3D imaging.The depth map and color information are obtained using non-contact full-color 3D measurement system based on binocular vision.The obtained full-color 3D data are decomposed into multiple slices with RGB channels.Sequential kinoforms of each channel are calculated and reconstructed using a Fresnel-diffraction-based algorithm called the dynamicpseudorandom-phase tomographic computer holography (DPP-TCH).Color dispersion introduced by different wavelengths is well compensated by zero-padding operation in the red and green channels of object slices.Numerical reconstruction results show that the speckle noise and color-dispersion are well suppressed and that high-quality full-color holographic 3D imaging is feasible.The method is useful for improving the 3D image quality in holographic displays with pixelated phase-type spatial light modulators (SLMs).     

全息柱面光栅的设计及其在立体显示技术的应用

根据傅里叶全息光学的基本原理与柱面光栅的分光特性,提出了用马赫-曾德尔光路制作柱面光栅的方法,用其实现图像的立体化.全息柱面光栅是全息术与图像立体化技术的有机结合,制作方法简单,具有一定的实用价值.     

Fast processing method to generate gigabyte computer generated holography for three-dimensional dynamic holographic display

Two different methods from graphic processing unit(GPU) and central processing unit(CPU) are proposed to suitably optimize look-up table algorithms of computer generated holography(CGH). The numerical simulations and experimental results show that we can reconstruct a good quality object. The computation of CGH for a three-dimensional(3D) dynamic holographic display can also be sped up by programming with our proposed method. It can optimize both file loading and the inline calculation process. The phase-only CGH with gigabyte data for reconstructing 10 MB object samplings is generated. In addition, the proposed method effectively reduced time costs of loading and writing offline tables on a CPU. It is believed the proposed method can provide high speed and huge data CGH for 3D dynamic holographic displays in the near future.