CN110083042A - 一种基于两个空间光调制器有效利用的大尺寸全息显示方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种基于两个空间光调制器有效利用的大尺寸全息显示方法，该方法包括以下三个步骤：第一步，首先，将物体的信息分成相等的两部分，并将它们提取到两个信息组中，即信息组1和信息组2，并分别对两个信息组的重建图像有效视区进行分析；第二步，基于有效视区分析分别计算两个信息组的中心条纹图案，通过平移和叠加操作分别生成两个信息组的全息图，为了实现重建图像的无缝拼接，使用闪耀光栅来调整重建图像的位置，通过叠加操作，将闪耀光栅的相位信息与两个信息组的全息图相结合，生成两个最终的全息图；第三步，将两个信息组的最终全息图分别加载到两个SLM上，通过空间复用方法，可以再现出大尺寸的重建图像。

Description

一种基于两个空间光调制器有效利用的大尺寸全息显示方法

一、技术领域

本发明涉及全息显示技术，更具体地说，本发明涉及一种基于两个空间光调制器有效利用的大尺寸全息显示方法。

二、背景技术

随着近年来信息技术的快速发展，三维显示技术在媒体、娱乐和医疗等领域受到越来越多的关注。基于空间光调制器(SLM)的计算全息技术可以重建出真实或者虚拟物体的全部信息，因此被认为是理想的三维显示。到目前为止，尽管计算全息显示在各方面都取得了很大进展，但仍然面临着一些挑战。例如，由于市场上SLM像素尺寸的限制，难以获得大尺寸的重建图像，从而使计算全息的发展受到限制。为了获得大尺寸的全息重建图像，一些研究人员采用基于单个SLM的时分复用法。然而，该方法对光学系统和SLM刷新率要求比较高。一些团队通过使用多个SLM的拼接实现大尺寸的全息再现。然而，具有多个SLM的系统由于结构复杂、难以实现无缝拼接等原因，其实用性一直受到限制。此外，通过调节原始图像的像素间距也能在一定程度上改变重建图像的大小，但是重建图像的放大率仍然受到SLM采样间距的限制。

三、发明内容

本发明提出一种基于两个空间光调制器有效利用的大尺寸全息显示方法。如附图1所示，该方法包括以下三个步骤：第一步，将物体的信息分成相等的两部分，并将它们提取到两个信息组中，即信息组1和信息组2，并分别对两个信息组的重建图像有效视区进行分析；第二步，基于有效视区分析分别计算两个信息组的中心条纹图案，通过平移和叠加操作分别生成两个信息组的全息图，为了实现重建图像的无缝拼接，使用闪耀光栅来调整重建图像的位置，通过叠加操作，将闪耀光栅的相位信息与两个信息组的全息图相结合，生成两个最终的全息图；第三步，将两个信息组的最终全息图分别加载到两个SLM上，通过空间复用方法，再现出大尺寸的重建图像。

在步骤一中，将物体的信息分成相等的两部分，并提取到两个信息组中，在全息显示中，重建图像的大小和视角用以下公式表示：

其中N是两个SLM的像素数，d是重建图像的大小，α是重建图像的视角，λ是波长。为了在保证重建图像视角的同时增加重建图像的大小，本发明所使用的方法通过使用两个SLM来增大像素数，并将物体分为两组信息，通过分析重建图像的有效视区，确定SLM的有效区域和有效全息图的大小。

在步骤二中，使用新型查找表法分别计算两个信息组的全息图。将物体看成由一系列离散点组成，根据有效全息图的大小分别计算两个信息组的中心条纹图案，通过平移和叠加原理计算其他点的条纹图案，从而分别生成两个信息组的全息图。通过闪耀光栅调整重建图像的位置，实现两个信息组重建图像的无缝拼接。如附图2所示，将具有像素结构的SLM看成闪耀光栅，闪耀光栅具有相位调制功能，可以在2π的周期内调制光波，通过改变光波的衍射方向改变重建图像的位置，将闪耀光栅的相位信息与两个信息组的全息图相加，实现对图像位置的调整，闪耀光栅的相位用下式表示：

其中θ是光波的偏转角度。通过控制θ值可以获得具有不同偏转角的闪耀光栅。将闪耀光栅的相位分别加载在两个信息组的全息图上，最终的全息图相位用下式表示：

其中mod是取模运算，是两个信息组的初始全息图相位。

在步骤三中，将步骤二中生成的最终全息图分别加载在两个SLM上，通过空间复用方法扩大重建图像的尺寸，通过控制闪耀光栅的相位使两个SLM的重建图像完全重合，从而再现出大尺寸的重建图像。

优选地，两个SLM的型号相同，物体的尺寸小于SLM的大小，中心条纹图案的大小、SLM有效区域的大小和最终全息图的大小相同且均小于SLM的大小。本发明所提出的方法在扩大重建图像尺寸的同时能提高全息图的计算速度。

四、附图说明

附图1为本发明的基于两个SLM有效利用的大尺寸全息显示方法的示意图。

附图2为本发明的闪耀光栅的结构示意图。

应该理解上述附图只是示意性的，并没有按比例绘制。

五、具体实施方式

下面详细说明本发明提出的一种基于两个空间光调制器有效利用的大尺寸全息显示方法的实施例，对本发明进行进一步的描述。有必要在此指出的是，以下实施例只用于本发明做进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域技术熟练人员根据上述发明内容对本发明做出一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

本发明的一个实施例为：使用波长为532nm的准直光源作为再现光波，两个SLM型号相同，SLM的像素间距和分辨率分别为6.4μm和1920×1080，可寻址灰度为256阶，能提供2π的相位调制，刷新速度为60HZ。用分光镜实现两个SLM的空间复用，使用分辨率为320×240的图片作为物体，基于MATLAB软件生成全息图。首先将物体分成两个分辨率均是320×240的信息组，基于有效视区分别计算出两个信息组的中心条纹图案，其分辨率是1600×840，通过位移和叠加操作分别生成两个信息组的全息图，全息图的分辨率均为1600×840，将闪耀光栅的相位信息和两个信息组的相位信息相加，生成最终的全息图。将最终的全息图分别加载到两个SLM上，当再现光照射SLM时，可以得到大尺寸的全息重建图像。

Claims (5)

1.一种基于两个空间光调制器有效利用的大尺寸全息显示方法，其特征在于，该方法包括以下三个步骤：第一步，将物体的信息分成相等的两部分，并将它们提取到两个信息组中，即信息组1和信息组2，并分别对两个信息组的重建图像有效视区进行分析；第二步，基于有效视区分析分别计算两个信息组的中心条纹图案，通过平移和叠加操作分别生成两个信息组的全息图，为了实现重建图像的无缝拼接，使用闪耀光栅来调整重建图像的位置，通过叠加操作，将闪耀光栅的相位信息与两个信息组的全息图相结合，生成两个最终的全息图；第三步，将两个信息组的最终全息图分别加载到两个SLM上，通过空间复用方法，再现出大尺寸的重建图像。

2.根据权利要求1所述的一种基于两个空间光调制器有效利用的大尺寸全息显示方法，其特征在于，在步骤一中，将物体的信息分成相等的两部分，并提取到两个信息组中，在全息显示中，重建图像的大小和视角用以下公式表示：

其中N是两个SLM的像素数，d是重建图像的大小，α是重建图像的视角，λ是波长；为了在保证重建图像视角的同时增加重建图像的大小，通过使用两个SLM来增大像素数，并将物体分为两组信息，通过分析重建图像的有效视区，确定SLM的有效区域和有效全息图的大小。

3.根据权利要求1所述的一种基于两个空间光调制器有效利用的大尺寸全息显示方法，其特征在于，在步骤二中，使用新型查找表法分别计算两个信息组的全息图，将物体看成由一系列离散点组成，根据有效全息图的大小分别计算两个信息组的中心条纹图案，通过平移和叠加原理计算其他点的条纹图案，从而分别生成两个信息组的全息图；通过闪耀光栅调整重建图像的位置，实现两个信息组重建图像的无缝拼接；将具有像素结构的SLM看成闪耀光栅，闪耀光栅具有相位调制功能，可以在2π的周期内调制光波，通过改变光波的衍射方向改变重建图像的位置，将闪耀光栅的相位信息与两个信息组的全息图相加，实现对图像位置的调整，闪耀光栅的相位用下式表示：

其中θ是光波的偏转角度，通过控制θ值可以获得具有不同偏转角的闪耀光栅，将闪耀光栅的相位分别加载在两个信息组的全息图上，最终的全息图相位用下式表示：

其中mod是取模运算，是两个信息组的初始全息图相位。

4.根据权利要求1所述的一种基于两个空间光调制器有效利用的大尺寸全息显示方法，其特征在于，在步骤三中，将步骤二中生成的最终全息图分别加载在两个SLM上，通过空间复用方法扩大重建图像的尺寸，通过控制闪耀光栅的相位使两个SLM的重建图像完全重合，从而再现出大尺寸的重建图像。

5.根据权利要求1所述的一种基于两个空间光调制器有效利用的大尺寸全息显示方法，其特征在于，两个SLM的型号相同，物体的尺寸小于SLM的大小，中心条纹图案的大小、SLM有效区域的大小和最终全息图的大小相同且均小于SLM的大小。