[发明专利]一种斑点噪声被抑制的大视区计算全息显示方法

说明书

本发明提出一种斑点噪声被抑制的大视区计算全息显示方法。该方法中被记录物体通过像素分离生成多个物点组，每一个物点组的信息被记录成一幅大尺寸CGH。另外，具有随机相位分布的衍射光学元件（DOE）被制作。在水平方向上，将不同的DOE和一幅大尺寸CGH分别进行拼接，从而一个物点组对应生成多幅合成CGH。最后，利用时间复用技术，将合成CGH加载到平面排布结构的三个SLM上进行再现，每一幅干涉图的衍射边界角均等于SLM的最大衍射角，从而实现再现像视区的扩大；同时通过平均作用和相邻像素之间的分离，再现像上的斑点噪声被明显地抑制。

技术领域

本发明涉及全息显示领域，具体地说，涉及一种斑点噪声被抑制的大视区计算全息显示方法。

背景技术

基于空间光调制器（SLM）的计算全息显示技术可以为人类提供满足所有视觉感知功能的3D再现像，被认为是最理想的3D显示方式之一。但是当前仍然存在着一些难题阻碍着该技术的进一步发展，例如再现像中存在着斑点噪声，这严重降低了再现像的质量；另外，在传统计算全息图（CGH）生成方法中，物点所对应干涉图的衍射边界角不能同时达到SLM的最大衍射角，且SLM的最大衍射角受限于SLM的像素间隔，所以全息再现像的观看视区很小，不能满足人们双目观看的需求，影响观看体验。

为了抑制再现像上的斑点噪声，学者们提出了多种方法。迭代算法通过增加CGH的迭代次数实现斑点噪声的抑制，但当迭代次数达到一定值时，算法的收敛性变差，噪声抑制效果降低。较弱相干光法采用相干性较差的光源（例如LED）作为再现光，从而减少由它随机相干叠加而引起的斑点噪声，但同时会导致再现像的模糊。时间平均法制作多幅CGH再现，通过斑点噪声的平均实现再现像质量的提升，但是大幅增加了CGH的计算量。像素分离法通过减少相邻像点间的的重叠面积来抑制斑点噪声，但是难以实现动态显示。

为了扩大再现像的观看视区，高级衍射光法、SLM分辨率重新分配法和多SLM曲面阵列法等被提出。高级衍射光法通过时间复用将不同级次的再现光在视觉上进行结合，从而实现观看视区的扩大，但会导致再现像的光强分布不均。SLM分辨率重新分配法利用一个4f成像系统增加SLM水平分辨率，在实现水平方向观看视区扩大的同时，损失了竖直观看视区。多SLM曲面阵列法可以显著地扩大再现像的观看视区，但是对SLM之间的无缝拼接技术要求较高，再现系统的复杂度和成本也会大幅增加，不利于其市场化。

以上成果分别通过扩大再现像的观看视区和抑制斑点噪声提升再现像的观看质量。但是，目前很少有方法可以通过简便的操作，同时实现再现像斑点噪声的抑制和观看视区的扩大。因此，提出一种斑点噪声被抑制的大视区计算全息显示方法，对于改善全息再现像质量具有重要意义。

发明内容

本发明提出一种斑点噪声被抑制的大视区计算全息显示方法。该方法中被记录物体通过像素分离生成多个物点组，每一个物点组的信息被记录成一幅大尺寸CGH。另外，具有随机相位分布的衍射光学元件（DOE）被制作。在水平方向上，将不同的DOE和一幅大尺寸CGH分别进行拼接，从而一个物点组对应生成多幅合成CGH。最后，利用时间复用技术，将合成CGH加载到平面排布结构的三个SLM上进行再现，每一幅干涉图的衍射边界角均等于SLM的最大衍射角，从而实现再现像视区的扩大；同时通过平均作用和相邻像素之间的分离，再现像上的斑点噪声被明显地抑制。

如附图1所示，本发明一种斑点噪声被抑制的大视区计算全息显示方法主要包括以下步骤，且仅在水平方向上进行视区的研究。

步骤一：利用像素分离法，取像素分离间隔N（N=2、3、4……）将被记录物体分离成N²个物点组，在竖直和水平方向上，保证被记录物体上的任意一个物点与相距N个像素的物点被分离到同一个物点组。