[发明专利]一种基于光场的复振幅全息图算法

说明书

本发明公开一种基于光场的复振幅全息图算法，首先利用虚拟相机对三维物体进行多角度拍摄，获得一系列子图；然后在算法里为每张子图像添加对应角度的倾斜相位因子，将获得的各个图像进行相加，得到复振幅全息图；或者，在频域空间位移各个子图的频谱，位移量与拍摄时的角度信息对应，再把移动了频谱位置的各个子图相加，得到复振幅全息图；最后，利用复振幅调制器件调制获得的复振幅全息图，从而对三维物体进行重建。本发明算法可以重建出更为接近自然场景的三维光场，并且提高全息图的计算速度，同时简化重建光路。

技术领域

本发明涉及一种全息图计算方法，特别涉及一种基于光场的复振幅全息图算法。

背景技术

全息显示因其能够重建出三维场景的完整光场，并提供人眼感知所需要的全部深度线索，而被认为是未来三维显示领域中最有前景的发展方向。随着计算机技术和液晶显示技术的不断发展，我们可以摆脱传统全息中复杂的干涉记录过程，不必使用高相干度光源系统的记录干板，而在计算机中数值计算全息图来重建真实存在或后期合成的场景，只要该三维场景能够在数学上被描述出来。

根据三维场景的不同表示方式，计算机全息图可以分为三类，点源法，基于平面的方法和立体全息法。前两种方法均存在计算速度和影响遮挡方面的问题，至今并没有十分完美的方法能够完全解决，而立体全息法利用光场的理论来获得记录了光线强度和方向信息的原始光场图像，并对该图像进行一系列的计算和编码生成最终的全息图，过程简单，计算量大大下降，计算效率显著提高，这使得后续实时性的应用成为可能，同时阴影和遮挡问题也能在光场渲染过程中得到自动解决。

发明内容：

发明目的：本发明旨在提出一种基于光场的复振幅全息图算法，利用虚拟相机对三维物体进行多角度拍摄，获得一系列正交投影子图，并在算法里为每张子图像添加对应角度的倾斜平面波因子，并且该倾斜平面波因子预先与随机矩阵相乘，再将获得的各个图像进行相加，从而得到需要的复振幅全息图。利用复振幅调制器件调制获得的复振幅全息图，对三维物体进行重建，可重建出更为接近自然场景的三维光场，并且提高全息图的计算速度，同时简化重建光路。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提出一种基于光场的复振幅全息图算法，包括以下步骤：

步骤1：对三维物体进行多角度拍摄，从而获得一系列包含物体信息的子图，一个角度方向获得一个子图，子图总个数为n×n。

步骤2：在空间域为每张子图乘以倾斜相位因子，再将各个子图相加，从而获得复振幅全息图。

步骤3：利用复振幅调制器件调制获得的复振幅全息图，从而获得三维物体的光场重建。

作为本发明基于光场的复振幅全息图算法的进一步优选方案，在步骤2中，获取复振幅全息图时要结合随机算法，具体为：

为每张子图乘以倾斜相位因子并相加，各个倾斜相位因子其实是不同方向的倾斜平面波，在相加的过程中会因为发生干涉而在最终的重建图像上产生格纹感。

作为本发明基于光场的复振幅全息图算法的进一步优选方案，在步骤2中，获得复振幅全息图时结合随机算法，可采取三种方法，具体为：

第一种，相位随机：随机生成与子图大小相等的包含像素值0或1的随机矩阵，将其与各个视点的倾斜相位因子相乘，使得子图的部分像素乘以倾斜相位因子，而部分像素没有，达到相位随机的效果；

第二种，振幅随机：同样随机生成与子图大小相等的包含像素值0或1的随机矩阵，将其与各个视点的子图相乘，使得子图的部分像素值为0，达到振幅随机的效果；

第三种，视点随机：通过算法随机丢弃部分视点，只让部分视点参与计算，达到视点随机的效果，通过结合随机的思想，能够有效地改善重建图像中由于平面波干涉带来的格纹感，从而提高图像的重建质量。