基于集成成像的全息显示验证系统研究

发布时间：2021-04-08 05:17

　　现代信息社会人们对三维（Three Dimensional,3D）领域的兴趣和关注度越来越高,传统的二维显示技术已经越来越难以满足各领域的需求。在过去几十年里,不同种类的3D显示技术被广泛研究与应用,从辅助3D显示到裸眼3D显示,追求如何实现高分辨率、大视角、实时动态彩色3D显示成为商业家和研究者们的目标。而集成成像（非相干光、合成孔径、视图强度编码）技术和全息（相干光、无镜、复波场干涉条纹编码）技术已经成为3D显示研究领域中具有代表性的技术。这两种3D显示方式各有优势与不足,将两种技术相结合将成为本领域的研究热点。本文尝试结合集成成像和全息显示的技术特点,利用设计的计算全息软件作为辅助工具,主要研究基于集成成像的全息显示验证系统。具体的研究内容如下:（1）基于MATLAB开发了计算全息软件,用于编码基于集成成像获取的图像,可生成后续实验所需各类全息图。首先,利用3Ds Max软件建立3D模型,放置虚拟相机阵列汇聚式采集视差图像。然后,利用开发的计算全息软件,生成视差合成图和合成全息图,为后续基于柱透镜光栅的3D显示系统的研究提供辅助。最后,该计算全息软件不仅在3D显示系统的研究过程中... 

【文章来源】：安徽大学安徽省 211工程院校

【文章页数】：77 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

DsMax界面

第三章基于集成成像的计算全息图生成32行自定义路径保存，有利于实验结果的比较和留存。并且为了加深对实验原理的掌握程度，可以按照需求设置不同参数。绘图区分为两部分。左侧用于绘制实验结果图，便于使用者观察比较；右侧用于同步显示对应光学实验的光路图或原理图，便于使用者更加了解实验原理。按键区是用于调出相应菜单项的光路图或者原理图的子界面，使示意图更加清晰直观，便于使用者参考。图片缩放部分中的放大缩小按键可以实现图形的整体或局部的放大缩小功能。对于重要的实验参数，如衍射记录与再现距离、迭代次数、焦距、焦距深度、实验结果的保存路径、名称的自定义等，都能够根据要求进行设定，结果可视化。3.3.3合成图像计算软件在菜单区集成了视差图像编码合成算法和相应的迭代傅里叶全息图算法。可以设定基元图像的数目和像素数，以及迭代次数，生成的图像可按自定义路线进行保存。（1）视差合成图根据集成成像原理，分析显示设备间的参数联系，通过编码获取视差合成图，显示界面如图3.3所示。具体编码过程在第四章进行了详细分析。右侧绘图区是编码原理图，供使用者参考。参数设置：只考虑水平方向的信息采集，视差图像为9幅，每张图像像素缩放为240×240。图3.3视差合成图Fig.3.3Parallaxcompositeimage（2）合成傅里叶全息图

安徽大学硕士论文33将视差合成图通过迭代傅里叶变换算法（IterativeFourierTransformAlgorithms,IFTA）得到全息图，该算法由Gerchberg和Saxton在1971年提出[60]，又叫做GS算法。可通过迭代来约束振幅实现相位恢复，迭代过程：①已知目标图像振幅|Ax,y|，利用函数rand()模拟物体的漫反射，生成随机相位x,y；②做傅里叶变换运算，从空域变换到频域，利用函数fft()实现。得到新的复振幅函数|Fx,y|expjx,y；③振幅置1，即|Fx,y|1，同时保持相位信息x,y，复振幅函数变成expjx,y；④做傅里叶变换逆向运算，从频域变换到空域，利用函数ifft()实现。得到新的复振幅函数|Bx,y|expjx,y。当满足设置的误差阈值条件时（|B|和|A|），停止循环，若不满足，重复②-④步骤。⑤停止迭代，利用函数angle()获得相位x,y，得到傅里叶计算全息图。实质上就是在空域与频域之间的变换，在不断的迭代中逼近真实相位值。在傅里叶全息图上加载闪耀光栅后，即得到合成全息图。如图3.4中，是合成全息图仿真界面。参数设置：用户选择视差合成图阵列，迭代次数设为50次。右侧绘图区中是迭代傅里叶算法原理图，供使用者参考。当用3DsMax采集视差图像时，随着摄像机阵列的增大，采集图像的像素数的增大，计算机渲染图像所花费的时间也相对较多，进行迭代傅里叶计算时，也需要投入更多的时间。利用一维集成成像原理实现立体显示，依据人们的观看习惯，水平视差可以满足人们的观看需求，而且还减轻了计算压力，节约了时间成本。图3.4合成傅里叶全息图Fig.3.4Integratedfourierhologram

【参考文献】：
期刊论文
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[3]基于LED屏裸眼三维集成成像显示技术的空间分辨率研究[J]. 李敏,朴燕,邓莉巾.  激光与光电子学进展. 2020(06)
[4]基于元素图像拼接的集成成像计算重构[J]. 王宇,杨金晓,刘乐,朴燕.  光学学报. 2019(11)
[5]一种基于全息功能屏的集成成像技术研究[J]. 陈可鸣,幸浩洋.  光散射学报. 2019(02)
[6]三维集成成像技术的优点以及应用研究[J]. 张文阁,王俊夫,蒋晓瑜,王艺霏.  中国管理信息化. 2018(07)
[7]基于频域合成的计算机制半周视彩色彩虹全息[J]. 杨鑫,王辉,李勇,李志光.  中国激光. 2018(03)
[8]基于像素结构空间光调制器的全息再现像问题研究[J]. 沈川,张成,刘凯峰,韦穗,程鸿,张庆.  光学学报. 2012(03)
[9]正交柱透镜成像实验[J]. 张恒,纪影,范志新.  大学物理实验. 2007(04)
[10]动态数字彩虹全息显示的研究[J]. 王媛媛,王辉,任志君,叶慧.  光子学报. 2006(07)



本文编号：3124925