在有限相位變化范圍的抑制3d全息顯示散斑噪聲的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及全息成像【技術(shù)領(lǐng)域】，具體為在有限相位變化范圍的抑制3D全息顯示散斑噪聲的方法。與現(xiàn)有方法相比較，本發(fā)明提出的技術(shù)方案第一次研究了相位變化范圍對圖像質(zhì)量的影響，利用本方案提出的方法，能成功的得出散斑噪聲較少的再現(xiàn)圖像，而且本方法簡單可行，易于操作。本發(fā)明所述方法成功的實(shí)現(xiàn)了在三維空間顯示中散斑噪聲減少的目的。本發(fā)明所述方法分析了計(jì)算全息過程中引入的隨機(jī)相位變化范圍對散斑噪聲抑制方面的影響，并找到合適的相位變化范圍。本發(fā)明所述方法將時間平均方法引入計(jì)算全息中，并將該方法的應(yīng)用范圍推廣到三維平面。
【專利說明】在有限相位變化范圍的抑制3D全息顯示散斑噪聲的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及全息成像【技術(shù)領(lǐng)域】，具體為在有限相位變化范圍的抑制3D全息顯示散斑噪聲的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近幾年來，關(guān)于三維立體顯示的研究越來越熱，各種3D顯示屏幕不斷涌入市場。然而市場上的3D顯示技術(shù)都是基于雙目視差效應(yīng)，只具備立體視覺效果并不包含物體的深度信息，觀察時需要佩戴眼鏡。全息顯示技術(shù)能提供立體視覺效果，并包含有物體的深度信息。
[0003]目前制約全息技術(shù)發(fā)展的因素有很多，除了計(jì)算速度、圖像尺寸等之外，再現(xiàn)圖像質(zhì)量也是一個很重要的制約因素。為了解決這一問題，各個研究人員提出了不同的算法和方法。在數(shù)字全息中，1990年德國埃森大學(xué)奧洛夫.布林達(dá)爾等人提出了通過計(jì)算適當(dāng)?shù)臄U(kuò)散器來抑制散斑噪聲，北京航空航天大學(xué)戎路等人提出通過使用多個偏振全息圖疊加的方法來達(dá)到散斑噪聲抑制的目的。在計(jì)算全息中，波蘭華沙理工大學(xué)的MichalMakowski提出了利用像素分離的方法來抑制散斑噪聲，其將該方法應(yīng)用到彩色全息中，得到了很好的實(shí)驗(yàn)效果。其他方法，像利用移動的擴(kuò)散器、復(fù)振幅調(diào)制等方法，也能有效的抑制全息顯示中散斑噪聲。
[0004]上述各種方法實(shí)際操作起來比較麻煩，而且像素分離方法不能應(yīng)用在三維空間中，時間平均法目前只有應(yīng)用在數(shù)字全息中，更重要的是，上述各種方法并沒有對引入的隨機(jī)相位進(jìn)行分析。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005](一 )要解決的技術(shù)問題
[0006]在計(jì)算全息圖過程中，由于傅里葉頻譜動態(tài)變化范圍大，為了平滑該頻譜需要添加隨機(jī)相位因子，此時必然會產(chǎn)生散斑噪聲。本發(fā)明分析了計(jì)算全息顯示中引入的隨機(jī)相位范圍變化對于全息顯示散斑噪聲的影響，總結(jié)出一定的規(guī)律，找到一個最合適的隨機(jī)相位范圍；同時基于該隨機(jī)相位變化范圍，利用時間平均法，有效抑制散斑噪聲；進(jìn)一步將該方法推廣到三維平面中，得到好的再現(xiàn)效果。本發(fā)明是基于數(shù)字全息中時間平均的去噪方法的，即多幅全息圖疊加達(dá)到抑制散斑噪聲的效果。
[0007]( 二 )技術(shù)方案
[0008]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種在有限相位變化范圍的抑制3D全息顯示散斑噪聲的方法，所述方法分為如下步驟:
[0009]第一步:計(jì)算全息示意圖，在原圖上引入隨機(jī)相位、圖像傳播和再現(xiàn)的距離、照明光為波長、采樣距離、原圖尺寸像素；
[0010]第二步:分析計(jì)算全息過程中引入的隨機(jī)相位變化范圍，相位范圍從O開始，每次遞增0.1 π直至2 ，在這些不同相位范圍下，單張全息再現(xiàn)得到不同的重建圖像，并計(jì)算不同重建圖像的峰值信噪比；
[0011]第三步:按照第一步所述方法，計(jì)算得到多張全息圖，利用時間平均法，即在再現(xiàn)面，不同張數(shù)全息圖再現(xiàn)圖像強(qiáng)度疊加平均，得到不同的重建圖像，并計(jì)算每張重建圖像的峰值信噪比；
[0012]第四步:將得到的峰值信噪比，利用仿真軟件進(jìn)行曲線擬合，得到橫坐標(biāo)代表隨機(jī)相位范圍，縱坐標(biāo)代表峰值信噪比，不同擬合曲線分別代表不同張數(shù)全息圖疊加后再現(xiàn)圖像的峰值信噪比隨著隨機(jī)相位范圍而變化的趨勢；
[0013]第五步:比較曲線，對于灰度圖像來說，一定張數(shù)全息圖疊加時，當(dāng)隨機(jī)相位范圍從1.2 31到2 31取值，重建圖像PSNR ;對于二值圖像來說，一定張數(shù)全息圖疊加時，當(dāng)隨機(jī)相位范圍從1.5 Ji到2 Ji取值，重建圖像PSNR ；
[0014]第六步:將在有限相位變化范圍下，全息圖疊加的方法推廣到三維平面，并利用仿真軟件進(jìn)行數(shù)值仿真。
[0015](三)有益效果
[0016]與現(xiàn)有方法相比較，本發(fā)明提出的技術(shù)方案第一次研究了相位變化范圍對圖像質(zhì)量的影響，利用本方案提出的方法，能成功的得出散斑噪聲較少的再現(xiàn)圖像，而且本方法簡單可行，易于操作。本發(fā)明所述方法成功的實(shí)現(xiàn)了在三維空間顯示中散斑噪聲減少的目的。本發(fā)明所述方法分析了計(jì)算全息過程中引入的隨機(jī)相位變化范圍對散斑噪聲抑制方面的影響，并找到合適的相位變化范圍。本發(fā)明所述方法將時間平均方法引入計(jì)算全息中，并將該方法的應(yīng)用范圍推廣到三維平面。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0018]圖1是根據(jù)本發(fā)明在有限相位變化范圍的抑制3D全息顯示散斑噪聲的方法一個實(shí)施例的計(jì)算全息示意圖；
[0019]圖2是根據(jù)本發(fā)明在有限相位變化范圍的抑制3D全息顯示散斑噪聲的方法一個實(shí)施例的兩幅圖像在空間中傳播生成全息圖的過程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合說明書附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明，但不能用來限制本發(fā)明的范圍。
[0021](I)圖1表示計(jì)算全息示意圖，為了平滑頻譜，在原圖上引入隨機(jī)相位，圖像傳播和再現(xiàn)的距離均為z = 50cm,照明光為波長λ = 671nm,采樣距離為8mm,原圖尺寸為1080X 1080像素。
[0022](2)分析計(jì)算全息過程中引入的隨機(jī)相位變化范圍，相位范圍從O開始，每次遞增
0.1π直至2 π，在這些不同相位范圍下，單張全息再現(xiàn)得到不同的重建圖像，并計(jì)算不同重建圖像的峰值信噪比；[0023](3)按照⑴所述方法，計(jì)算得到多張全息圖，利用時間平均法，即在再現(xiàn)面，不同張數(shù)全息圖再現(xiàn)圖像強(qiáng)度疊加平均，得到不同的重建圖像，并計(jì)算每張重建圖像的峰值信噪比；
[0024](4)將得到的峰值信噪比，利用仿真軟件進(jìn)行曲線擬合，得到橫坐標(biāo)代表隨機(jī)相位范圍，縱坐標(biāo)代表峰值信噪比，不同擬合曲線分別代表不同張數(shù)全息圖疊加后再現(xiàn)圖像的峰值信噪比隨著隨機(jī)相位范圍而變化的趨勢；
[0025](5)通過曲線比較，得出結(jié)論:對于灰度圖像來說，一定張數(shù)全息圖疊加時，當(dāng)隨機(jī)相位范圍從1.2 π到2π，重建圖像峰值信噪比看不出明顯變化，散斑噪聲得到明顯抑制；對于二值圖像來說，一定張數(shù)全息圖疊加時，當(dāng)隨機(jī)相位范圍從1.5 π到2 π，重建圖像峰值信噪比看不出明顯變化，散斑噪聲得到明顯抑制；所以計(jì)算全息中，原圖灰度圖時引入隨機(jī)相位的范圍為1.2 ,原圖二值圖時引入隨機(jī)相位的范圍為1.5 ;
[0026](6)將該方法推廣到三維平面，并利用仿真軟件進(jìn)行數(shù)值仿真，如圖2所示的是兩幅圖像在空間中傳播生成全息圖的過程示意圖，圖像“全”傳播距離zl = 50cm, “息”傳播距離Z2 = 30cm，在全息平面，兩幅圖像傳播后的復(fù)振幅疊加，再得到一張合成的全息圖，然后再經(jīng)過各自的傳播距離再現(xiàn)。
[0027]以上實(shí)施方式僅用于說明本發(fā)明，而非對本發(fā)明的限制。盡管參照實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行各種組合、修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【權(quán)利要求】
1.一種在有限相位變化范圍的抑制3D全息顯示散斑噪聲的方法，所述方法分為如下步驟: 第一步:計(jì)算全息示意圖，在原圖上引入隨機(jī)相位、圖像傳播和再現(xiàn)的距離、照明光為波長、采樣距離和原圖尺寸像素； 第二步:分析計(jì)算全息過程中引入的隨機(jī)相位變化范圍，相位范圍從O開始，每次遞增相同的固定值直至2 π，在這些不同相位范圍下，單張全息再現(xiàn)得到不同的重建圖像，并計(jì)算不同重建圖像的峰值信噪比； 第三步:按照第一步所述方法，計(jì)算得到多張全息圖，利用時間平均法，即在再現(xiàn)面，不同張數(shù)全息圖再現(xiàn)圖像強(qiáng)度疊加平均，得到不同的重建圖像，并計(jì)算每張重建圖像的峰值信噪比； 第四步:將得到的峰值信噪比，利用仿真軟件進(jìn)行曲線擬合，得到橫坐標(biāo)代表隨機(jī)相位范圍，縱坐標(biāo)代表峰值信噪比的擬合曲線，不同的擬合曲線代表不同張數(shù)全息圖疊加情況下，峰值信噪比隨相位范圍變化的趨勢； 第五步:比較曲線，對于灰度圖像來說，一定張數(shù)全息圖疊加時，當(dāng)隨機(jī)相位范圍從1.2π到2π取值，重建圖像峰值信噪比；對于二值圖像來說，一定張數(shù)全息圖疊加時，當(dāng)隨機(jī)相位范圍從1.5 31到2 31取值,重建圖像峰值信噪比； 第六步:將在有限相位變化范圍下，全息圖疊加的方法推廣到三維平面，并利用仿真軟件進(jìn)行數(shù)值仿真。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在有限相位變化范圍的抑制3D全息顯示散斑噪聲的方法，其特征在于，分析計(jì)算全息過程中引入的隨機(jī)相位變化范圍，相位范圍從O開始，每次遞增相同的固定值為0.1 31。
【文檔編號】G03H1/28GK103995455SQ201410209101
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年5月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月16日
【發(fā)明者】劉娟, 楊民強(qiáng), 王涌天, 李昕 申請人:北京理工大學(xué)