計(jì)算全息再現(xiàn)質(zhì)量提升技術(shù)的研究
隨著三維顯示技術(shù)的發(fā)展,三維顯示技術(shù)的研究日新月異,人們希望獲得更為真實(shí)的視覺體驗(yàn)。全息顯示作為真三維顯示技術(shù),能夠提供人眼感知三維物體所需的全部深度信息,給人以舒適、真實(shí)的三維立體視覺感。全息技術(shù)在軍事、醫(yī)療、商業(yè)以及其他領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。 計(jì)算全息顯示技術(shù)發(fā)展至今仍存在著再現(xiàn)像質(zhì)量差、計(jì)算速度慢與全息再現(xiàn)像的尺寸小和視區(qū)窄等關(guān)鍵性問題,其中,散斑噪聲作為計(jì)算全息顯示的固有問題而制約著其進(jìn)一步發(fā)展,本文從抑制散斑噪聲和擴(kuò)大視區(qū)(FOV)兩個(gè)角度出發(fā),使得圖像的質(zhì)量改善。 計(jì)算全息再現(xiàn)質(zhì)量提升技術(shù)的研究 首先明確什么是光學(xué)全息? 光學(xué)全息是一種記錄和再現(xiàn)物體信息的成像技術(shù)。其原理是:將物體發(fā)出的光波和已知振幅和相位的光進(jìn)行干涉,將它們記錄在感光介質(zhì)上,然后,通過光的衍射原理,用特定的照明方式將記錄下來的感光介質(zhì)照亮,在再現(xiàn)過程中就可以重現(xiàn)原始物體的全部信息。 相比于光學(xué)全息,計(jì)算全息的基本原理是什么? 計(jì)算全息的基本原理是:通過計(jì)算機(jī)算法實(shí)現(xiàn)物光波的相位分布,然后將這些信息轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào),存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中。接著,通過數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)將這些相位信息轉(zhuǎn)換成一系列控制信號(hào),然后通過光學(xué)器件(如液晶屏、光柵等)將這些控制信號(hào)轉(zhuǎn)化成光學(xué)全息圖像。與光學(xué)全息不同,計(jì)算全息不需要光學(xué)顯影過程,因此可以實(shí)現(xiàn)高速、高精度的全息圖像生成。 ![]() 圖1 計(jì)算全息光學(xué)再現(xiàn)示意圖 本實(shí)驗(yàn)所采用的空間光調(diào)制器為我司的FSLM-2K55-P,其參數(shù)規(guī)格如下:
計(jì)算全息顯示中散斑噪聲的來源全息顯示中的激光散斑現(xiàn)象被視為影響全息再現(xiàn)像質(zhì)量的光學(xué)干擾,稱為散斑噪聲。純相位全息圖可以獲得高質(zhì)量的再現(xiàn)像。然而,純相位全息圖獲取算法的缺陷和再現(xiàn)光源的高度相干性會(huì)導(dǎo)致散斑噪聲的存在,所以必須采取措施抑制散斑噪聲。 在全息圖計(jì)算中加入初始隨機(jī)相位是必要的,因?yàn)樗梢允沟梦矬w的高頻信息得到傳遞和重建。而物面不加入初始隨機(jī)相位時(shí)只有部分高頻信息能傳遞到全息面上,導(dǎo)致低頻信息的丟失,影響再現(xiàn)時(shí)的物體重建質(zhì)量。 ![]() 圖2 全息圖的記錄和再現(xiàn)過程示意圖 全息再現(xiàn)像中的散斑噪聲還有其他的來源,主要分為以下四個(gè)部分: a)在全息圖編碼過程中,物面的振幅信息丟失會(huì)導(dǎo)致散斑噪聲的產(chǎn)生。 b)在全息再現(xiàn)系統(tǒng)中,由于SLM的孔徑限制,使得再現(xiàn)光會(huì)產(chǎn)生額外衍射,導(dǎo)致散斑噪聲的出現(xiàn)。 c)在全息圖的記錄過程中,全息面上的物光波會(huì)受到全息面大小限制而接收部分信息,這使得散斑噪聲的出現(xiàn)。 |