[发明专利]一种近眼全息三维显示系统和显示方法

说明书

本发明提出的近眼全息三维显示系统包括第一透镜、空间光调制器、4f系统以及显示屏，本发明提出的显示方法利用较简单的显示系统即可实现三维场景的重建：通过计算三维景深图像对应的相位全息图时，是将景深图像中每一个像素点的深度值信息都编码成二次相位信息，然后加载到相位型空间光调制器上，较传统点元法、层析法计算相位全息图算法来说降低了器件的运算次数和数据存储量，提高了运算速度；同时，显示屏加载的二维图像通过4f系统投射到相位型空间光调制器上，使得该二维图像的每一个像素点都被空间光调制器上对应的二次相位因子调制，从而达到赋予二维图像每个像素点原有的深度信息的效果，大大提高了图像的质量。

技术领域

本发明涉及三维图像显示技术领域，尤其是涉及一种近眼全息三维显示系统和显示方法。

背景技术

对于传统的全息显示方法来说，通常是在相位型空间光调制器上加载由经典的Gerschberg-Saxton(GS)迭代算法计算得到的相位全息图，投影的过程则是利用透镜对光场进行傅里叶变换或者菲涅尔衍射从而再现二维图像的光场。并且在这种技术中，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，并且只能投影二维图像，这对于实际应用有一定的限制。同时传统的3D立体显示技术多采用2D屏幕显示合成图像或动态的2D图像，利用人眼的双目视差(或者视觉暂留效应)表现3D效果。然而，这种显示方式只有心理景深而没有物理景深，因而缺乏真正的3D立体感。

近年来数字全息3D立体显示技术快速发展，其中最值得关注的当属3D物体的计算全息算法问题。目前针对3D物体的计算全息技术还不成熟，这一方面是因为3D物体的空间结构比2D平面物体复杂，往往难以用具体函数描述其物光波的分布，另一方面，3D物体信息量巨大，这些因素增加了3D物体全息图计算的难度。目前针对3D物体的全息图计算方法均有各自的特点，但也都存在不同程度的局限性。

发明内容

本发明提供了一种近眼全息三维显示系统和显示方法，通过相位型空间光调制器将三维景深信息加载到二维图像上，从而实现三维场景的再现。本发明的主要内容如下：

一种近眼全息三维显示系统，包括空间光调制器、第一透镜、分光镜、显示屏和4f系统，所述空间光调制器设置在所述第一透镜的前焦面，所述分光镜设置在所述第一透镜和所述空间光调制器之间；所述4f系统包括第二透镜和第三透镜，所述显示屏和所述4f系统设置在所述分光镜的一侧，所述显示屏设置在所述第三透镜的后焦面。

优选的，所述空间光调制器、所述分光镜和所述第一透镜的光轴位于同一直线上。

优选的，所述空间光调制器到第二透镜的距离等于所述第二透镜的焦距；所述第二透镜到所述第三透镜之间的距离等于所述第二透镜和所述第三透镜的焦距之和；所述第三透镜到所述显示屏的距离等于所述第三透镜的焦距。

优选的，所述空间光调制器为相位空间光调制器。

优选的，所述分光镜为分光棱镜。

优选的，所述显示屏为OLED显示屏。

一种近眼全息三维显示方法，包括如下步骤：

S1.根据空间光调制器的采样间距和分辨率，确定纯相位全息图的编码参数；

S2.将所需投影场景的三维景深图像编码为纯相位全息图；

S3.通过计算机将计算好的纯相位全息图作为所述空间光调制器的输入；同时将所述显示屏加载的二维图像经过所述4f系统和所述分光镜投射至所述空间光调制器上；

S4.所述空间光调制器对二维图像进行调制，后经所述第一透镜重建三维图像。

优选的，S2中包括如下步骤：

a.将所需投影场景的三维景深图中的各个像素点的灰度值转换为对应的深度值；