[发明专利]一种抑制激光散斑效应的全息计算方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种抑制激光散斑效应的全息计算方法，该全息计算方法通过利用误差扩散滤波器把复振幅全息图转化为纯相位全息图，并且优化全息图重建物体的振幅分布和相位分布，从而消除激光的散斑效应对全息重建质量的影响。

背景技术

对于传统的全息显示来说，相位全息图的生成是采用经典的Gerschberg-Saxton(GS)迭代算法，通过迭代来优化重建物体的振幅信息，得到我们想要的重建内容。全息图显示的过程是利用傅里叶变换或者菲涅尔衍射从而再现物体的光场。然而，因为显示所用激光的高相干性，在重建光场中会由于相邻像素间的相干干涉产生额外的强度图案，叠加在想要得到的光场上产生颗粒状的效果，称之为散斑噪音，大大降低了重建物体的质量。由于GS算法产生的相位图，其重建图像的相位分布是无规则的，因此像素点之间的相干干涉非常明显，导致了显著的散斑现象。传统的消除散斑的方法为计算许多张相位全息图，由于每张全息图的重建图像中散斑的分布是不一样的，因此当这些全息图以很快的速度顺序显示时，通过人眼对光强的时间叠加效应，散斑噪音会被减弱。然而这种方法不仅对于全息图的计算量很大，而且时序加载多张全息图对空间光调制器的要求也更高，不利于动态视频的显示应用。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种可以有效地减弱单张纯相位全息图重建的物体中相邻像素点之间的额外干涉的全息计算方法。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种抑制激光散斑效应的全息计算方法，包括以下步骤：

(10)设定空间光调制器所处的位置形成全息面(u,v)，想要重建的物体所处的位置形成物平面(x,y)，确定物平面(x,y)到全息面(u,v)的距离为z；

(20)建立全息面(u,v)和物平面(x,y)之间的光传播的函数，计算复振幅全息图；

所述光传播函数为h(u,v)=1iλ∫∫f(x,y)·exp(i2πr/λ)rdxdy;]]>

在公式中，f(x,y)为物平面(x,y)的光场复振幅函数，h(u,v)为全息面(u,v)的光场复振幅函数，i为虚数单位，λ为单色激光器发出的平面波的波长，r为物平面上的点到全息面上的点之间的距离，定义为

(30)将步骤(20)中得到的复振幅全息图h(u,v)进行修正，得到更新后的全息面上光场的复振幅

具体步骤如下：

(301)确定复振幅全息图的扫描顺序为逐行扫描，每一行从左到右，从第一个像素开始处理；

(302)对于正在处理的像素，其复振幅可表示为其中，(i,j)为像素点；利用量化器Q对其进行量化处理，其具体量化过程为将复振幅中的振幅因子用单位强度值1来代替，得到纯相位值为

(303)把得到的纯相位值与原来的复振幅值相减得到误差e(i,j)＝h_p(i,j)-h(i,j)；

(304)把步骤(303)中得到的误差通过误差扩散滤波器G扩散补偿到未扫描的像素中，使得其未扫描的像素的复振幅通过此误差扩散得到修正补偿；

(305)根据扫描顺序继续处理未扫描的像素，处理方法同步骤(302)至(304)；

(306)将所有像素都处理完，得到修正后的全息面上光场的复振幅分布此时全息图经过滤波器进行了修正，使得其重建图像的振幅和相位分布同时得到了优化。