[发明专利]一种基于光场的全息投影方法

说明书

本发明公开了一种基于光场的全息投影方法，包括如下步骤：(1)布设投影设备；(2)通过对微透镜阵列获得的基本图像的像素进行重排列，获得记录原三维场景光场信息的正交投影子图；(3)对步骤(2)中获得的子图进行快速傅里叶变换得到相应的子全息图，即全息元；(4)将步骤(3)计算得到的每张全息元，按照子图的视角顺序拼接起来得到最终的复振幅全息图；(5)根据步骤(4)得到的全息图，通过计算机将该全息图传输到空间光调制器中，利用空间光调制器将全息图投影到屏幕上，移动屏幕可以得到三维场景不同景深上的投影图像。本发明通过直接获得记录三维场景光场信息的正交投影图来计算全息图，过程简单，计算量大大下降。

技术领域

本发明涉及全息显示技术领域，尤其是一种基于光场的全息投影方法。

背景技术

全息显示技术可以重建三维场景的光场并提供人眼能够感知到的所有深度信息，因此被认为是未来三维技术最有潜力的发展方向。随着计算机技术的发展，我们可以采用计算机生成全息图CGH来重建真实或虚拟场景，只要该三维场景能够用数学描述。传统的全息计算方法一般将三维物体看作由大量点源或者倾斜平面组成，再通过波前或角谱传播将所有点源或倾斜平面的光场合成为最终的全息图，这样的方法计算量巨大，效率比较低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种基于光场的全息投影方法，能够直接获得记录三维场景光场信息的正交投影图来计算全息图，过程简单。

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于光场的全息投影方法，包括如下步骤：

(1)布设投影设备；

(2)通过对微透镜阵列获得的基本图像的像素进行重排列，获得记录原三维场景光场信息的正交投影子图；

(3)对步骤(2)中获得的子图进行快速傅里叶变换得到相应的子全息图，即全息元；

(4)将步骤(3)计算得到的每张全息元，按照子图的视角顺序拼接起来得到最终的复振幅全息图；

(5)根据步骤(4)得到的全息图，通过计算机6将该全息图传输到空间光调制器3中，利用空间光调制器3将全息图投影到屏幕5上，移动屏幕5可以得到三维场景不同景深上的投影图像。

优选的，步骤(1)中，布设投影设备的具体过程为：将空间光调制器、分光棱镜、屏幕依次布设，使得空间光调制器、分光棱镜、屏幕处于同一条直线上，同时，在分光棱镜的同一侧布设单色激光器和偏振片，偏振片位于分光棱镜和单色激光器之间，单色激光器发出的平面波通过偏振片变为偏振光，偏振光通过分光棱镜后可射入到空间光调制器中；空间光调制器和生成的全息图的计算机通过数据线连接。

优选的，步骤(2)中，正交投影子图的获取方法包括以下步骤：

(a)将三维场景置于微透镜阵列前一定距离，CCD传感器位于微透镜的焦点位置上；

(b)CCD传感器记录三维场景在各个视角方向上的基本图像；

(c)将每张基本图像相同位置的像素点集合起来形成一张正交投影图像，该图像即对应三维场景在相应视角方向上的一张正交投影子图；

(d)该获取方法的投影线是互相平行的。

优选的，步骤(4)中，保留复振幅全息图的相位部分；产生纯相位子全息图的方式共有两种：对每张子图施加GS算法，或者加载随机相位后做快速傅里叶变换再取相位部分。

优选的，GS迭代算法包括以下步骤：

(a)对于每一张子图，首先施加傅里叶变换得到全息面上的光场复振幅分布，光场复振幅依照振幅因子乘以相位因子表示；

(b)将全息面上的光场复振幅中的振幅因子用单位强度值1来代替，全息面上的光场复振幅中的相位因子保持不变；