[发明专利]一种基于纯相位技术的互动虚拟实景全息投影系统

说明书

技术领域

本发明涉及全息投影技术领域，尤其涉及一种基于纯相位技术的互动虚拟实景全息投影系统。

背景技术

幻影成像系统的主体模型场景为光学成像创造环境空间。 造型灯光系统根据场景造型的要求和剧情的需要，在可编程控制器的伺服控制下，配合音乐、图像在场景上产生气氛光，以达到增强展示气氛，烘托展示效果的目的。 光学成像系统与影视播放系统完成活动三维立体视频的在场景造型上的再现，使立体影像与周围的人造景观背景有比较“真实”的结合。 音响系统完成旁白和音乐的播放。 控制系统完成多机同步控制、活动模型控制、灯光控制、电源控制、播放控制等工作。

对于传统的计算倾斜平面的光场分布在空间中的传播来说，一般采用的方法是 ：首先通过角谱域的坐标旋转来计算参考平面的光场分布，然后再通过光在空间中平行平面的传播理论 ( 如角谱法 ) 来计算全息面上的光场分布，这种情况下，在全息面上得到的光场分布是复振幅的形式，即同时包含振幅信息与相位信息，因此要实现纯相位调制，必须对复振幅进行相位编码，从而增加了复杂性与误差。而另一方面，对于传统的纯相位全息投影来说，相位全息图的生成是采用经典的 Gerschberg-Saxton(GS) 迭代算法，这是一种基于傅里叶变换的迭代算法，它可以通过迭代直接得到二维图像的相位信息而不需编码等计算。但是在这种技术中，成像面与全息面是平行的，相位全息图只能在空间中与全息面平行的平面上进行投影，并且投影成像始终成在透镜的后焦面上，成像距离也就是透镜的焦距，对于实际应用有一定的限制。

随着场景模式幻影成像技术的逐步成熟，人们已经看到了这种三维展示方式带来的巨大好处，它使得展示的方式多样化，展示效果深入人心。 但这种但方向的信息交流方式，不能是的参观者参与进来，参观者不能根据自己的喜好随意切换场景，缺少互动交流。

发明内容

本发明提供了一种基于纯相位技术的互动虚拟实景全息投影系统，包括半封闭墙体，用于摆放实景模型 ；显示器，所述显示器置于半封闭墙体顶部，将图像投放到全息成像膜上 ；全息成像膜，所述全息成像膜与显示器成 45 度角 ；红外摄像头，所述红外摄像头为至少两个，位于半封闭墙体外侧 ；红外光源，用于为红外摄像头提供红外光照明 ；实景模型，所述实景模型位于半封闭墙体底部 ；电脑主机，与红外摄像头连接，接受红外摄像头捕捉的画面，分析选择匹配的视频，并将视频传送给显示器。通过布设投影设备 ：将相位空间光调制器、分光棱镜、透镜和倾斜屏幕依次布设，使得相位空间光调制器、分光棱镜、透镜和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相位空间光调制器中 ；相位空间光调制器和生成相位全息图的计算机通过数据线连接 ；相位空间光调制器所处的位置形成全息面 x，屏幕所处的位置形成倾斜平面 x。

所述半封闭墙体内侧还设有灯光设备。

所述灯光设备连接有灯光控制器，所述灯光控制器与电脑主机连接。

所述摄影采集装置包括 M*N 个彩色二维图像摄取单元 Cmn，用于对所要三维显示的物体 O 在其任意空间谱面 S 上进行 M*N 个空间谱抽样摄取，每个抽样点 Smn 对应于物体 O 的一个体像素 Hmn，各图像摄取单元 Cmn 所采集到的信息相当于该体像素 Hmn 所对应的空间谱视图 Imn，以获取物体 O 的 M*N 个阵列抽样空间谱图像信息 。

所述根据坐标旋转关系，建立参考平面 xr和倾斜平面 x 之间的光场分布关系 ：

F(u',v') ＝ FT[f(x',y')]

G(u,v) ＝ F(α-1(u,v),β-1(u,v)) ＝ F(u',v') 式 (1)

g(x,y) ＝ FT-1[G(u,v)]

式 (1) 中，f(x',y') 为倾斜平面 x 的光场复振幅函数，x',y' 为 f(x',y') 的自变量，表示倾斜平面上各个点的坐标，F(u',v') 为倾斜平面 x 的角谱函数，u'，v' 为相应的角谱空间的坐标，G(u,v) 为参考平面 xr的角谱函数，u，v 为相应的角谱空间的坐标，(α-1(u,v),β-1(u,v)) 表示从倾斜平面 x 到参考平面 xr的坐标变换，g(x,y) 为参考平面 x r的光场复振幅函数，x，y 为参考平面上各个点的坐标 ；FT 为傅里叶变换，FT-1为逆傅里叶变换。