计算全息三维显示系统中相关问题的研究和实现

发布时间：2017-06-29 15:15

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【摘要】：本文主要研究计算全息三维显示中算法方面和系统实现方面的相关问题。一般的三维显示利用双目视差原理获得立体感,但由于聚焦和会聚位置的不同导致其容易出现视疲劳。而全息三维显示可以完美地再现物光场的振幅和相位,相比双目视差法能够提供更多的信息,从而获得更加真实的物体三维图像。因此,全息三维显示是未来三维显示的发展方向。普通的光学全息通过记录物光和参考光的干涉条纹来获得全息图,再通过参考光照射全息图得到再现的像。普通光学全息需要稳定的光学平台来记录和重现,并且难以实现动态全息,这些问题限制了其应用范围。于是基于空间光调制器的计算全息正取代传统光学全息成为全息研究中的热点。计算全息通过计算机产生物光波,经过某些算法得到其数字化的波前分布,处理后得到全息图,然后使用液晶空间光调制器(SLM)来加载对应的全息图,用激光照射空间光调制器,从而得到重现的物光波。但是数字化同时也带来了一些问题,一方面,现有的用于科学研究的液晶空间光调制器绝大部分是纯相位调制型,另一方面,其像素结构会造成多级再现像等问题。本文尝试使用MATLAB实现GS算法,来获得单平面和双平面三维图像的全息图,并使用氦氖激光器、纯相位液晶空间光调制器搭建一套三维全息显示系统。接下来我们还对显示系统的显示参数,比如视场角,每级像的位置,像的位置和大小等进行分析推导,用实验现象验证了推导的正确性。我们指出显示系统存在一个未被注意的虚像,并尝试分析了虚像出现的原因。然后通过加载倾斜平面波相位等方法改变成像位置来获得更好的显示效果,而且在只有一个成像透镜的情况下完成滤波操作获得单一无扰的再现像。围绕三维全息显示的这些研究为更加复杂和实用的全息三维显示打下了基础。
【关键词】：计算全息 三维显示GS算法 空间光调制器
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O438.1;TN27
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-28
• 1.1 三维显示背景10-11
• 1.2 传统全息背景11-14
• 1.2.1 传统光学全息12
• 1.2.2 全息记录过程12-13
• 1.2.3 传统全息的再现过程13-14
• 1.3 数字全息和计算全息14-16
• 1.3.1 数字全息14-15
• 1.3.2 计算全息概述15
• 1.3.3 液晶空间光调制器15-16
• 1.4 计算全息三维显示进展16-26
• 1.4.1 空间光调制器三维显示方案16-18
• 1.4.2 计算全息面临的问题18-26
• 1.5 小结26-28
• 第2章 全息三维显示系统的搭建28-44
• 2.1 衍射分类及公式28-29
• 2.2 纯相位型全息图29-31
• 2.3 GS算法31-35
• 2.3.1 单平面GS算法31-33
• 2.3.2 数值模拟33
• 2.3.3 实验实现33-35
• 2.3.4 实验分析35
• 2.4 多平面GS算法35-42
• 2.4.1 算法流程35-37
• 2.4.2 数字模拟37
• 2.4.3 实验实现37-40
• 2.4.4 算法改进40-42
• 2.5 小结42-44
• 第3章 全息三维显示系统参数分析和优化44-58
• 3.1 一般情况系统参数分析44-47
• 3.2 视场角47-49
• 3.3 实际系统分析49-54
• 3.3.1 快速傅立叶变换与所成像的对称性50-51
• 3.3.2 虚像的发现51-52
• 3.3.3 衍像分析52-54
• 3.4 系统优化54-57
• 3.4.1 倾斜平面波相位54-55
• 3.4.2 滤波系统的简化55-57
• 3.5 小结57-58
• 第4章 总结58-60
• 参考文献60-64
• 附录64-68
• 致谢68-70
• 在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果70

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本文编号：498352