[发明专利]在压缩域中运作而动态显示真实三维图像的直线变换数字全息系统

说明书

本发明描述了全息三维动态显示系统，该系统(1)始终呈现真实彩色和真实三维图像，而不论所显示的是虚像还是实像，并且(2)实施了有效的数据/信号压缩，使得其既可以采用现有的阵列探测器和阵列显示器，又可以采纳易于实现的总体阵列尺度和单个像素尺寸。它提供了既能记录又能显示包括实像和虚像在内的直线变换的真实三维动态图像的数字全息系统，该系统包括：(a)在焦平面压缩域中运作的数字全息记录/数据捕获(FPCD‑DHR)子系统，(b)三维信息发送网络，用于接收、存储、处理和输送由数字复值波前解码器(DCWD)所生成的数字全息复值波前图像信息，和(c)在焦平面压缩域中运作的数字全息显示(FPCD‑DHD)子系统。

本申请要求于2017年12月8日提交到美国专利局的临时申请序列号No.62/708,417，标题为“用于正视和真实三维记录和显示的直线变换的数字全息系统”，并列出了陈端军和阿铂特·陈(Duan-Jun Chen和Albert Chen)为发明人(如下简称为“417”，并通过引用并入本文)，并且要求于2018年5月21日提交到美国专利局的临时申请序列号No.62/762,834，标题为“用于动态物体和场景的真实三维记录和显示的焦平面数字全息系统”，并列出了陈端军和杰森·陈(Duan-Jun Chen和Jason Chen)为发明人(如下简称为“834”，并通过引用并入本文)。本发明不限于“417”和“834”临时申请中的任何要求。

技术领域

本发明描述涉及数字全息术。更具体地，本发明涉及一种在压缩域中运作而动态显示真实三维图像的直线变换数字全息系统，它描述的系统涉及记录、编码和解码数字全息信号并显示三维物体的动态三维图像。

背景技术

常规全息术原理通常在文献中有充分记载(例如，请参见Graham Saxby和Stanislovas Zacharovas的文本，实用全息术，第四版，CRC Press，纽约，2016年)。全息术的初始概念最早是由丹尼斯·盖伯(Dennis Gabor，诺贝尔奖获得者)于1947年发明的。盖伯将相干的物体光束与相关参考光束相混合(称为“干涉”)，并将关于这一新发现的第一篇论文发表于1948年(自然，第161卷(4098号)》，第777-778页)。盖伯的发现是开创性的，因为它首次确立了一种可行的方式来记录和恢复(尽管是间接地)传播中的电磁波阵面(包括光学波阵面)的相位信息。此后，艾米特·利思和尤里斯·乌帕特尼克斯(Emmitt Leith和Juris Upatnieks)于1962年首次提出了针对二维平面(2D)物体的“离轴全息术”概念(参见美国光学学会杂志，第52(10)卷，第1123-1130页)，然后于1964年发布了以三维(3D)散射物体为对象的研究结果(参见美国光学学会杂志，第54(11)卷，第1295-1301页)。在两个相干光束混合/耦合之前，利思和乌帕特尼克斯的全息摄像版本引入了相对于物光束的明显角度倾斜(即偏轴)的参考光束。原则上，参考光束的这种角度倾斜在两个干涉光束之间提供了实质而有效的载波频率，因此使三维图像再现过程更简单和实用。同样，在1962年，尤里·丹尼苏克(Uri Denisyuk)将加布里埃尔·利普曼(Gabriel Lippmann，诺贝尔奖得主和彩色摄影胶片的开发先驱)的先前工作带到了全息摄像术上，并制作了第一批白光反射全息摄像术。白光反射全息图具有在普通白炽灯泡下以真彩色观看的优点，它涉及使用厚的光学记录乳剂(即能够记录三维干涉条纹的体积介质)沉积在玻璃板或胶片之上；因此设想如果将从光学胶板介质(含微型颗粒)为基础的体积全息图技术进一化过渡到以光电阵列检测器(通常为二维格式)而记录/采集的数字化全息图技术，源自于技术及设备上的进一步的障碍则不可避免。