[发明专利]一种基于空间划分的彩色全息三维显示方法及其系统

摘要

本发明属于计算全息三维显示领域，涉及一种基于空间划分的彩色全息三维显示方法及其系统。该显示系统利用CCD摄像机或计算机图形学的方法获取彩色目标物体的多视角二维图像，经预处理变换生成一组适用于位相型全息图计算的目标图像；应用迭代傅里叶变换算法计算相应的位相型全息图；将单片空间光调制器划分为红、绿、蓝三块子区域，每块子区域加载对应的红、绿、蓝三色分量全息图，利用全息图衍射重现的特性在重构平面产生三个单色全息再现像，将相应的再现像像素定向衍射到固定的位置，形成不同的视点，得到多视角彩色再现像，实现真彩色三维立体显示；结合空间光调制器对全息图的快速刷新加载，实现多视角真彩色全视差动态全息三维再现。

主权项

一种基于空间划分的彩色全息三维显示方法，包括以下步骤：1).彩色三维目标物体多视角二维图像的获取步骤：利用摄像机扫描拍摄或者使用计算机图形学的方法获得彩色三维物体在一个视角范围内的全视差图像序列；2).图像预处理变换步骤：将获取的每幅彩色视角图像分解为红(R)、绿(G)、蓝(B)三色分量图像(R₁,G₁,B₁；R₂,G₂,B₂；…R_N,G_N,B_N)，对三色分量图像进行重新分组可以得到一系列单色图像(R₁,R₂,…R_N；G₁,G₂,…G_N；B₁,B₂,…B_N)，经过水平变换、竖直变换和像素排列处理后得到适用于位相型全息图计算的目标图像(R_物,G_物,B_物)；3).位相型全息图的获取步骤：将目标图像(R_物,G_物,B_物)作为计算位相型全息图的数据源，根据衍射理论编程计算获得相应的位相型全息图；4).定向衍射屏(10)的设计与制作步骤：根据视点的位置和数目，利用广义光栅方程计算相应的像素型纳米光栅的周期和栅线取向，根据像素排列后得到的彩色像素分布来设计像素型纳米光栅的结构分布，利用连续紫外变空频光刻系统制作基于像素型纳米光栅的定向衍射屏(10)；5).全息再现步骤：搭建以空间光调制器(6)为核心器件，基于像素型纳米光栅的定向衍射屏(10)为定向分光器件的全息再现显示系统，将单片空间光调制器(6)划分为红(R)、绿(G)、蓝(B)三块子区域，每块子区域加载对应的红、绿、蓝三色分量全息图(R_H,G_H,B_H)，设计并制作滤光片(5)，滤光片(5)的尺寸与空间光调制器(6)面板的尺寸相同，此滤光片(5)依次设置互不重叠的红色滤光区、绿色滤光区和蓝色滤光区，分别对应红色滤光片、绿色滤光片和蓝色滤光片，并且每个颜色的滤光片尺寸与相同颜色分量全息图的尺寸相同，滤光片(5)置于空间光调制器(6)的前方，保证任意颜色滤光片、相同颜色分量全息图和再现光三者在同一直线上，全息再现时，红光LED光源(13)、绿光LED光源(14)、蓝光LED光源(15)发出的三色光经过针孔(2)、准直透镜(3)、偏振调制器件(4)后出射的红、绿、蓝三色再现光入射至滤光片(5)，经过滤光片(5)滤光后出射的红、绿、蓝三色再现光分别入射至空间光调制器(6)上的红、绿、蓝三块子区域，与此同时，计算机(8)通过驱动板(7)将已经计算好的红、绿、蓝三色分量全息图(R_H,G_H,B_H)分别加载至空间光调制器(6)上的红、绿、蓝三块子区域，再现光波通过加载有全息图的空间光调制器后衍射光波成像于重构平面，即对应于全息再现像面(9)，在此平面上得到三个单色全息再现像，而在全息再现像面(9)位置处，设有预先设计制作完成的定向衍射屏(10)，定向衍射屏(10)中的纳米光栅像素将对应的再现像像素衍射到固定的位置，形成不同的视点，得到多视角彩色再现像，实现真彩色三维立体显示。