[发明专利]基于衍射场叠加的高清三维全息显示方法及其实现装置

权利要求书

1.一种基于衍射场叠加的高清三维全息显示方法，其特征在于，方法包括以下步骤：

步骤101，采用正交投影法，获取由轮廓图像和深度图像构成的三维场景层结构模型；

步骤102，根据绘制的基于层结构的数据模型，提取层结构模型中N个有效区域，并在其周围置零，获得N个子区域模型；

步骤103，对获得的N个子区域模型，采用分层角谱算法，计算获得N个子区域模型所分别对应的计算全息图；

步骤104，对N个子区域模型对应的纯相位型全息图至相应的纯相位型空间光调制器，实现全息重建。

2.根据权利要求1的基于衍射场叠加的高清三维全息显示方法，其特征在于，将全息图所在平面设置为基准平面，此处z＝0，采用正交投影法，计算基于点云的三维场景数据中各点到全息图所在平面的垂直距离。

3.根据权利要求2的基于衍射场叠加的高清三维全息显示方法，其特征在于，基于层结构的数据模型包括：轮廓图像和深度图像，从轮廓图像中提取一个区域，记为轮廓有效区域，将轮廓有效区域以外的图像全部置零，置零区域记为轮廓黑色区域，轮廓有效区域和轮廓灰色区域共同构成子轮廓图像；从深度图像中提取一个区域，记为深度有效区域；将深度有效区域以外的图像全部置零，置零区域记为深度黑色区域，深度有效区域和深度黑色区域共同构成子深度图像；子轮廓图像和子深度图像共同组成子区域模型。

4.根据权利要求3的基于衍射场叠加的高清三维全息显示方法，其特征在于，计算全息图的过程包括如下步骤：

步骤301，根据子区域模型对应的子轮廓图像和子深度图像，提取相应深度上的振幅分布；

步骤302，叠加随机相位至相应深度上的振幅信息表面，模拟真实物体的散射现象；

步骤303，利用角谱传播理论，计算不同深度的振幅信息在全息平面上的复振幅分布，即角谱传播理论可由下式表示：

其中，U(x,y)表示全息平面上的复振幅分布，F是傅里叶变换的符号，U_i(x,y)表示每一层深度上的振幅信息，r(x,y)表示随机相位，λ表示照明波长，z_i表示每一层深度平面和全息平面之间的距离，u和v表示x方向和y方向上的空间频率；

步骤304，叠加所有深度振幅信息在全息面上的复振幅分布，抽取其中的相位部分。

5.根据权利要求4的基于衍射场叠加的高清三维全息显示方法，其特征在于，将N个子区域模型对应的计算全息图加载到相应的空间光调制器上，其中，空间光调制器被相干平面波照射，相应N个子区域模型的信息在目标区域内被衍射重建并相互叠加，得到相应区域内的三维图像。

6.一种基于衍射场叠加的高清三维全息显示方法的实现装置，其特征在于，采用根据权利要求1-5中任一项基于衍射场叠加的高清三维全息显示方法，还包括：激光光源、可调节衰减片、空间滤波器、多个凸透镜、偏振片、多个分束镜、多个遮光板、多个相位型空间光调制器和平面反射镜，其中激光光源发出的相干光经过可调节衰减片后可发生能量的变化；可调节衰减片通过改变透过率可控制相干光的能量变化；经过可调节衰减片的相干光通过空间滤波器可由准直光束变成了点光源；点光源通过凸透镜进行准直操作后成为扩束准直光；扩束准直光通过偏振片可发生偏振改变；经过偏振片的扩束准直光通过多个分束镜的透射和反射，传至相位型空间光调制器表面可发生衍射；衍射光的一部分经过多个分束镜的再次透射和反射，到达平面反射镜；被平面反射镜反射的衍射光经过由多个凸透镜组成的4F系统，在目标深度处可视。