[发明专利]一种基于可伸缩查找表的相息图生成方法

说明书

本发明公开了一种基于可伸缩查找表的相息图生成方法，可伸缩查找表是在对菲涅尔衍射积分进一步分析的基础上，借助S‑FZP的伸缩特性和圆对称特性实现的，利用S‑FZP的可伸缩特性和圆对称特性，仅需要预存储一个一维主菲涅尔波带即可完成相息图的计算，可以有效降低相息图计算过程中的内存占用；设计一种单步彩色相息图生成方法，将深度拉伸变换作为彩色全息计算的公用模块，可以有效降低计算的复杂度，从而可以减少彩色相息图的计算时间。并且，本发明提供的上述可伸缩查找表的相息图生成方法具有较高的再现质量，可以准确地完成深度和波长信息的记录，高质量、无畸变地完成三维场景的全彩色再现，在彩色全息再现中具有巨大的应用潜力。

技术领域

本发明涉及计算全息与三维显示技术领域，尤其涉及一种基于可伸缩查找表的相息图生成方法。

背景技术

全息三维显示技术是一种基于波动光学原理，可完整记录和重建三维物体光波的三维显示技术，在国际上被广泛认为是最有发展前景的真三维显示技术。计算全息成像是全息研究的重要分支之一，其利用计算机模拟物光和参考光的光学干涉过程，对干涉条纹进行编码记录，以获取计算全息图。然而，由于计算全息图的生成中涉及到大量的衍射计算，繁重的计算负荷成为实时计算全息领域中的主要瓶颈。

目前，成熟的计算全息加速算法包括查找表法(Look-up Table,LUT)、波前平面法(Wavefront Recording Plane,WRP)、多边形法、层析法以及稀疏傅里叶变换法等，这些算法在时间效率和空间效率上仍有待提高，并且多用于单色全息图的加速。彩色计算全息再现需要完成红、绿、蓝三色全息图的生成与再现。由于每种颜色的全息图的生成依赖于再现颜色的波长，三色全息图的生成需要分别进行，彩色全息图的生成时间及内存占用为单色全息图的三倍。因此，研究高效率且适用于彩色和单色计算全息图的加速算法，对于三维动态全息再现具有重要意义。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于可伸缩查找表的相息图生成方法，用以解决现有相息图生成过程中时间效率和空间效率低下的问题。

本发明提供的一种基于可伸缩查找表的相息图生成方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：对三维物体进行均匀划分并在各个离散物点上添加随机相位，计算并存储每个离散物点的幅度信息、随机相位和深度信息的乘积；

S2：在基准物点深度和基准记录光波波长下，计算并存储S-FZP沿半径方向的光场复振幅分布，将所述S-FZP沿半径方向的光场复振幅分布按照半径由小到大的顺序排列，生成一维主S-FZP查找表；

S3：定义当前离散物点的深度与所述基准物点深度的比值为深度伸缩因子α，定义当前记录光波波长与所述基准记录光波波长的比值为波长伸缩因子β，利用所述深度伸缩因子和所述波长伸缩因子，将所述一维主S-FZP查找表伸缩为原来的αβ倍；

S4：根据需求选择单色或彩色相息图生成方法，利用伸缩后的一维S-FZP查找表和各离散物点的幅度信息、随机相位和深度信息的乘积，生成单色或彩色相息图。

在一种可能的实现方式中，在本发明提供的上述基于可伸缩查找表的相息图生成方法中，步骤S1，对三维物体进行均匀划分并在各个离散物点上添加随机相位，计算并存储每个离散物点的幅度信息、随机相位和深度信息的乘积，具体包括如下步骤：

S11：以空间光调制器的像元尺寸为采样步长，将三维物体在XY方向均匀划分，划分后第j个离散物点的坐标为(x_jd,y_jd,z_j)，其中，(x_j,y_j,z_j)表示划分前第j个物点的坐标，p表示空间光调制器的像元尺寸；

S12：在三维物体的各个离散物点上添加随机相位，假设第j个离散物点的随机相位为

S13：计算并存储第j个离散物点的幅度信息、随机相位及深度信息的乘积：