全息成像硬件驱动系统的研究与实现

发布时间：2021-06-08 03:21

　　近年来,随着人们对于视觉享受需求的增加,相关电子设备的消费也逐日增多,极大地推动了近眼显示设备以及相关技术的迅速发展。其中极具代表的就是虚拟现实（Virtual Reality,VR）、增强现实（Augmented Reality,AR）,以及裸眼3D（Three Dimensional）全息技术。但是全息技术中硬件实现上的困难,如对于硬件驱动系统的响应要求,以及对空间光调制器的线性校正的需求等,一直是研究人员积极探索的难点。针对以上问题,本文对全息成像硬件驱动系统进行了研究。基于时分复用的方式设计驱动控制电路并搭建相关硬件实验平台,成功实现彩色全息。本文首先阐述了硬件驱动系统设计中的基本原理,主要是空间转时序的原理,以及模拟与数字相位线性校正的原理。接着从硬件入手,介绍驱动系统的硬件设计与搭建,包括:光学系统的硬件组成,FPGA（Field Programmable Gata Array,现场可编程逻辑器件）驱动板上的硬件系统组成这两部分。然后是基于FPGA的驱动控制电路部分的硬件编程设计,其驱动控制的功能具体划分为4个模块:空间转时序模块、相位线性校正模块、三色激光源控制模块以及通... 

【文章来源】：湘潭大学湖南省

【文章页数】：71 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

得到计算全息图的过程

?空分复用的结构较复杂，需要使用RGB三基色激光源去分别照射三个空间光调制器，三个SLM中的全息图分别为物体对应的RGB分量的计算全息图，重构平面上实现三个单色全息，最终RGB三单色全息在空间上叠加合成彩色全息[12]。由于空分复用结构复杂，三个单色全息的精确配准等问题，本文不做探讨。空间叠加，将物体RGB三原色的全息图记录在同一张全息图上面，加载到空间光调制器上[13]，同时使用RGB三颜色的激光源去照射全息图，三色全息再现象重构在距离SLM不同的平面处，在特定的位置处可以重合得到彩色全息再现象。图1.7时分复用的传统结构示意图

7本文着重介绍时分复用的方法，并在时分复用的方法上，研究对应硬件电路的实现，成功搭建整体硬件架构，实现彩色全息。时分复用的彩色全息成像的一般方法大致如图1.7所示，采用的是三原色成像的方法。这里为方便画图假设SLM为透射式的，前面加了两个分光镜，对不同方向的光实现透射或者反射用于改变光的方向[14]。还包括三个不同颜色的激光源（R、G、B三原色），以及一片空间光调制器SLM。具体实现的思想方法如下：针对不同的时间段，SLM上切换显示不同的全息图片，即显示物体RGB各自颜色分量的全息图时间内，将各自对应颜色的激光源点亮。图1.8描述如下：在整个大T的时间内，均分成三个小的子时间段，在t1时间段内，SLM上显示的为物体红色分量所对应的全息图，此时对应的红色激光源点亮，t2时间段内SLM上只显示绿色的分量对应的全息图，此段时间内只点亮绿色灯光，接着是蓝色分量对应的全息图，并点亮蓝色激光源[15]。如此循环下去，每个子时间段内SLM对各自颜色激光的调制后，最终会呈现出各颜色的全息再现像，由于SLM上RGB各自全息图切换速度很快，子时间段很小，利用了人眼惰性的原理，最终可以观察到彩色全息再现像。图1.8时分复用时序原理时分复用方法制作彩色全息，只使用到了一个SLM，外加三色激光源，结构相对简单。但是其对于SLM的要求也较高，因为RGB全息图的快速切换使得要求SLM中液晶的响应速度足够的迅速。其次，对于SLM上图像的切换与RGB激光源对应的时间控制要相匹配，其时间的精准控制也至关重要，如果颜色和SLM上对应全息图的时间出现交错的话，可能出现成像的颜色错乱等问题，所以需要强大的驱动控制模块去控制SLM以及灯的时序，达到精准的匹配。另

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于FPGA的串口实现[J]. 张诚,孙列鹏,肖薇,杨化路,程宇峰.  软件. 2018(11)
[2]浅谈全息技术的发展历程及应用现状[J]. 张宇辉.  数字通信世界. 2018(02)
[3]基于FPGA的液晶显示屏的伽马校正研究[J]. 蒋明敏,喻金华,蒋玲.  电脑知识与技术. 2015(26)
[4]动态全息三维显示研究最新进展[J]. 曾超,高洪跃,刘吉成,于瀛洁,姚秋香,刘攀,郑华东,曾震湘.  物理学报. 2015(12)
[5]彩色全息显示方法与系统概述[J]. 沈川,韦穗,刘凯峰,张芬,李浩,王岳.  激光与光电子学进展. 2014(03)
[6]基于时序彩色原理提高LCoS显示分辨率的方法[J]. 赵瑜,范伟,代永平.  现代显示. 2013(03)
[7]彩色全息显示中液晶空间光调制器位相调制偏差的矫正方法[J]. 郑华东,于瀛洁,代林茂,王涛.  物理学报. 2010(09)
[8]FPGA技术及其开发方式概述[J]. 张小新,魏厚龙.  山西电子技术. 2008(05)
[9]用空间光调制器实现全息再现像的实时重构[J]. 陈海云,王辉.  光电工程. 2008(03)
[10]反射型LCOS器件纯相位调制特性的研究[J]. 葛爱明,隋展,徐克璹.  物理学报. 2003(10)

博士论文
[1]硅基液晶全息成像关键技术的研究[D]. 杨磊.东南大学 2016
[2]超还原硅基有机发光微显示器研究[D]. 季渊.上海大学 2012
[3]数字全息三维立体显示关键技术研究[D]. 郑华东.上海大学 2009

硕士论文
[1]高分辨率的微显示驱动算法的设计和实现[D]. 周莉莎.湘潭大学 2019
[2]基于MIPI规范的微显示驱动接口设计[D]. 尹远.湘潭大学 2019
[3]基于LCOS的计算全息近眼显示研究[D]. 袁飞.浙江大学 2017
[4]高分辨率LCoS相位调制器的研制[D]. 闵晓.东南大学 2016
[5]基于LED的彩色全息成像研究[D]. 蒋艳巧.东南大学 2015
[6]液晶空间光调制器的衍射特性及应用研究[D]. 高云舒.北京交通大学 2015
[7]LCOS彩色全息显示系统研究[D]. 王岳.安徽大学 2013
[8]LCOS视频全息显示实验系统[D]. 沈川.安徽大学 2012
[9]基于FPGA的头戴显示器像源驱动及控制技术研究[D]. 宋海涛.重庆大学 2006



本文编号：3217587