[发明专利]一种基于全息图优化分割计算的快速全息图计算方法

说明书

本发明提出一种基于全息图优化分割计算的快速全息图计算方法。该方法包括以下步骤：对于一个3D物体，首先，将3D物体分成具有不同深度的2D面，根据2D面的深度计算每个2D面的衍射距离。其次，基于近场衍射原理计算2D面所有物点的初始干涉图，根据观看位置、2D面的尺寸和2D面的衍射距离对2D面的全息图进行优化分割计算，实现全息图的快速计算。最后，对不同深度2D面的全息图分别进行优化分割计算并将计算后的所有2D面全息图叠加在一起，生成3D物体的全息图。将3D物体的全息图加载到空间光调制器上，当光源照射空间光调制器时，可以看到3D物体的再现像。

一、技术领域

本发明涉及全息显示技术，更具体地说，本发明涉及一种基于全息图优化分割计算的快速全息图计算方法。

二、背景技术

全息能够完整记录和重建3D物体的波前，全息3D显示能够提供人眼视觉所需全部深度信息，且不存在集合调节冲突所致的立体观看视疲劳问题，因此，其在医疗诊断、教育培训和广告传媒等领域具有广泛的应用。然而，目前全息3D显示的计算速度非常慢，难以满足视频显示的观看需求，阻碍了全息3D显示的发展。为了提高全息3D显示的计算速度，研究者提出了使用新型查表法，并在此基础上结合二维视频压缩技术，来减小全息视频中全息图的计算量。也有研究者通过简化球面波的数学表达，提出了分离查表法，可以将查表法中的数据存储量进一步减小。一些研究者提出了基于三角形解析角谱模型的全息图生成算法，该算法通过坐标变换实现了全息计算过程的全解析化和3D图像的快速重建。此外，基于不同3D图像重建原理的全息图加速算法也相继被提出，例如点源法、波带片法、相位追迹法等。随着计算机和光电子器件的进一步发展，全息图的快速计算方法越来越成为研究人员关注的热点。

三、发明内容

本发明提出一种基于全息图优化分割计算的快速全息图计算方法。如附图1所示，该方法包括以下步骤：对于一个3D物体，首先，将3D物体分成具有不同深度的2D面，根据2D面的深度计算每个2D面的衍射距离。其次，基于近场衍射原理计算2D面所有物点的初始干涉图，根据观看位置、2D面的尺寸和2D面的衍射距离对2D面的全息图进行优化分割计算，实现全息图的快速计算。最后，对不同深度2D面的全息图分别进行优化分割计算，将计算后的所有2D面全息图叠加在一起，生成3D物体的全息图。将3D物体的全息图加载到空间光调制器上，当光源照射空间光调制器时，可以看到3D物体的再现像。

本发明所提出的一种基于全息图优化分割计算的快速全息图计算方法中，全息图的优化分割计算原理如附图2所示，3D物体被分为不同深度的2D面，第i层2D面的尺寸记为d_i，i＝1、2、3...，根据2D面的深度计算2D面的衍射距离并将第i层2D面的衍射距离记为L_i，P和Q分别是第i层2D面的最顶点和最底点，M是2D面上的任意一点，P'、M'和Q'分别是P、M和Q点对应的再现像。根据衍射原理计算出，2D面的再现像观看视角受空间光调制器的最大衍射角θ限制：

其中λ是波长，p是空间光调制器的像素间距。进而根据2D面的尺寸及衍射距离计算其再现像的最大衍射角α为：

其中h是空间光调制器的尺寸。当观看者位于距离空间光调制器后方R位置时，在再现像的最大衍射角范围内，只有BC区域可以显示出2D面的完整再现像，完整再现像的最大衍射角β为：

βα，BC区域为2D面的完整观看区域。基于该区域计算2D面的任意一点再现像M'所对应的子全息图，如附图3所示，其大小s为：