[发明专利]基于随机相长干涉的三维显示方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及三维成像技术领域，更具体地涉及一种基于随机相长干涉的三维显示方法，以及实现此方法的装置，同时还涉及一种三维摄像方法，特别适用于做计算机与电视显示屏，智能人机交换，机器人视觉等，可广泛应用于教学、科研、娱乐、广告等领域。

背景技术

大尺寸、大视角实时三维显示技术一直是人们追求的目标，现有三维显示技术可分为两类，一类是伪三维显示技术，一类是真三维显示技术。所谓伪三维显示技术是指通过各种方法，把从不同角度拍摄的照片分别呈现给左右眼，使观察者产生三维立体幻觉。所谓真三维显示技术是指把立体像真实地显示在三维空间，例如全息技术。伪三维显示技术往往需要观察者佩带偏振眼镜等辅助装置，或者需要跟踪观察者眼睛的位置，且往往只能容许一名或很少几名观察者同时进行观察。相反观察真三维立体图像，就象观察真实物体一样，不需要借助任何辅助装置，非常方便。

近一、二十年来，随着液晶显示技术的发展，人们试图用液晶板代替全息干板，并在实时小尺寸三维立体图像显示方面取得了一定进展。但是即使采用用于投影机的液晶板，其像素尺寸也在十几微米以上，也就是说分辨率不到每毫米一百线对，比全息干板的分辨率低大约二个数量级，因此采用液晶板还只是对1厘米左右的小物体实现了三维立体显示，而且由于采用了低密度的全息干涉条纹，所显示的立体像离液晶板很远，这样观察角也非常小。对普通计算机液晶屏，像素间距在0.29mm左右，分辨率只有每毫米几线对，采用全息技术进行立体显示非常困难。另一方面采用传统全息原理，要获得大尺寸大视角的立体再现像需要非常大的空间带宽积，而目前液晶显示器的空间带宽积只有10⁶左右，还需要再提高几个数量级，然而随着空间带宽积的提高，所需处理的数据量也同时变得非常庞大，这样对实时处理计算造成了非常大的困难。

发明内容

本发明的目的是在于提供了一种基于随机相长干涉的三维显示方法，它可采用低分辨率与低空间带宽积的平面显示技术实现大尺寸物体的快速、稳定的三维立体显示。

本发明的另一个目的是在于提供了一种三维立体摄影方法，它可以记录与测量物体的三维位置信息与色彩，可广泛用于人机交换与机器人视觉等领域。

本发明的再一个目的是在于提供了一种基于随机相长干涉的三维显示装置，它充分利用现有液晶显示技术，与现有平面显示技术兼容，可实现大尺寸、大视角的实时彩色立体显示，可代替现有平面显示器作为计算机与电视显示屏。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于随机相长干涉的三维显示方法，它包括以下步骤：

A：把三维立体像分解为离散像点；

B：选取第A步中的一个离散像点；

C：从空间位置呈均匀随机分布的相干子光源阵列中，根据第B步中选取的离散像点的亮度，随机抽取相干子光源，离散像点的亮度越高，随机抽取的相干子光源的数目越大；

D：针对第C步中所随机抽取的每个相干子光源，计算其离第B步中选取的离散像点的距离和由此引起的位相差，每个相干子光源所需做出的位相调整量等于该位相差；

E：针对第C步中所随机抽取的每个相干子光源，确定每个相干子光源所需做出的振幅调整量，该振幅调整量为一恒定常数，或正比于第B步中选取的离散像点的亮度；

F：针对第A步中的所有离散像点，重复第B至第E步，记录下每个相干子光源针对每个离散像点所需做出的位相和振幅调整量，根据复数求和的原则计算出每个相干子光源所需做出的总的位相和振幅调整量；

G：从第F步中计算出的每个相干子光源所需做出的总的位相调整量中减去每个相干子光源的初始位相，得到每个相干子光源所需做出的最终位相调整量；把第F步中计算出的每个相干子光源所需做出的总的振幅调整量作为每个相干子光源所需做出的最终振幅调整量；调节空间位置呈均匀随机分布的相干子光源阵列使其产生最终位相和振幅调整量。

一种基于随机相长干涉的三维摄像方法，它包括以下步骤：

A：采用空间位置呈均匀随机分布的相干子光源阵列，根据基于随机相长干涉的三维显示方法，把立体像点显示在三维空间；

B：采用普通摄像机，对准第A步中立体像点所在的空间位置进行拍摄；