專利名稱：均勻散射介質(zhì)承接彩色三維全息圖像的光強(qiáng)分布優(yōu)化方法及其顯示系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請(qǐng)涉及一種利用均勻散射介質(zhì)再現(xiàn)光電空間影像的方法及顯示系統(tǒng)，具體的，涉及一種針對(duì)均勻散射介質(zhì)散射透射特性來(lái)設(shè)計(jì)計(jì)算全息圖像的方法及其顯示系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
三維立體顯示一直是人們的研究熱點(diǎn)，從十八世紀(jì)照相術(shù)發(fā)明迄始，人類一直在追求應(yīng)用二維媒質(zhì)作為三維信息的載體。歷史上人們發(fā)明了數(shù)十種巧妙的三維成像技術(shù)，例如體視視差照相，視差全景照相，集成照相術(shù)(IP)，柱鏡屏照片，投影式三維成像等。但是，上述這些基于幾何光學(xué)原理，以聚焦成像為特征的技術(shù)并不是真正的三維成像技術(shù)，因?yàn)樗鼈儾荒芴峁┤搜垡曈X系統(tǒng)所需的全部生理學(xué)和心理學(xué)的深度提示，僅能提供體視視差信息的部分抽樣。因此在分辨力、視場(chǎng)、景深、信噪比、色保真度等方面均難以滿足應(yīng)用的要求。全息顯示技術(shù)基于物理光學(xué)原理，是以完整記錄和重建三維物體波前為基礎(chǔ)的三維成像技術(shù)，也是迄今唯一能夠提供人眼視覺系統(tǒng)所需全部深度信息的裸視真三維顯示技術(shù)。目前計(jì)算全息技術(shù)和顯示技術(shù)的結(jié)合使全息技術(shù)的應(yīng)用前景更加廣闊，形成了計(jì)算全息三維顯示技術(shù)。該技術(shù)通過計(jì)算機(jī)構(gòu)建三維物體的全息圖，然后利用空間光調(diào)制器再現(xiàn)三維全息圖像。一般情況下，透過空間光調(diào)制器可以觀察到三維虛像，但是受空間光調(diào)制器分辨率的限制，導(dǎo)致再現(xiàn)像的視場(chǎng)角與尺寸都較小。另一方面，空間光調(diào)制器能投影出三維實(shí)像，但是需要散射介質(zhì)承接。而采用煙霧，水霧等懸浮粒子作為承接介質(zhì)的系統(tǒng)，這些系統(tǒng)通常設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，而且由于煙霧、水霧的不穩(wěn)定，導(dǎo)致了再現(xiàn)三維像的質(zhì)量下降。由于介質(zhì)的吸收和散射，沿著光的透射方向，物體的光強(qiáng)會(huì)逐漸降低。光強(qiáng)的減弱在傳播方向上遵從如下規(guī)律I = I廣“ Z、+a#、、:⑴式中Cia(A)是吸收系數(shù)，Cis(X)是散射系數(shù)，ζ是在介質(zhì)中光線沿Z方向透射的距離，Itl是入射光光強(qiáng)，I是衰減后的光強(qiáng)。由公式(1)可以看出，光強(qiáng)的衰減隨著透射深度的增加而增加。這使得各層光的光強(qiáng)不一致，影響再現(xiàn)像的質(zhì)量。此外，吸收系數(shù)α3(λ)，散射系數(shù)α3(λ)均是關(guān)于波長(zhǎng)的函數(shù)，均勻介質(zhì)對(duì)不同波長(zhǎng)的吸收和散射也是不同的，這使得用介質(zhì)無(wú)法很好的承接彩色的三維像。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種基于均勻散射介質(zhì)再現(xiàn)空間影像的方法，其方法簡(jiǎn)便可行、易于實(shí)現(xiàn)，且可同時(shí)確保再現(xiàn)三維圖像的質(zhì)量不會(huì)下降。首先構(gòu)建一個(gè)三維物體，并將該三維物體沿光傳播的方法(Ζ方向)分成若干層，每一層根據(jù)再現(xiàn)光的波長(zhǎng)以及所處介質(zhì)的位置加入光強(qiáng)補(bǔ)償，然后計(jì)算出上述物體的全息圖，并加載到空間光調(diào)制器上；使用均勻散射介質(zhì)作為承接介質(zhì)，基于相應(yīng)的含有光強(qiáng)補(bǔ)償?shù)娜D，使用RGB三色光作為再現(xiàn)光，觀察者可以在一定視角范圍內(nèi)觀察到光強(qiáng)均勻的彩色三維像。根據(jù)本發(fā)明的基于均勻散射介質(zhì)再現(xiàn)空間影像的方法，包括以下步驟a)構(gòu)建含有光強(qiáng)補(bǔ)償信息的三維物體，然后計(jì)算其全息圖，所述三維物體及其全息圖由計(jì)算機(jī)建模產(chǎn)生；b)將所述全息圖加載到空間光調(diào)制器上；c)用RGB三色光照射所述空間光調(diào)制器；d)將通過所述空間光調(diào)制器的光投射到均勻散射介質(zhì)，得到各層光強(qiáng)一致的彩色
三維圖像。所述光強(qiáng)補(bǔ)償由預(yù)補(bǔ)償因子
權(quán)利要求
1.一種基于均勻散射介質(zhì)再現(xiàn)空間影像的方法，包括以下步驟a)構(gòu)建含有光強(qiáng)補(bǔ)償信息的全息圖，所述全息圖由計(jì)算機(jī)建模產(chǎn)生；b)將所述全息圖加載到空間光調(diào)制器上；c)用RGB三色光照射所述空間光調(diào)制器；d)將通過所述空間光調(diào)制器的光投射到均勻散射介質(zhì)，得到各層光強(qiáng)一致的彩色三維圖像。
2.如權(quán)利要求1所述的基于均勻散射介質(zhì)再現(xiàn)空間影像的方法，在步驟a)中，所述光強(qiáng)補(bǔ)償信息是對(duì)三維圖像的各層引入補(bǔ)償因子，所述補(bǔ)償因子ο ^為Gj =f(A,Zj) = e(aM)+aM))Zjy其中，Z方向?yàn)楣廨S方向，Zj表示三維圖像各層所在均勻散射介質(zhì)的深度，Cia(X)是均勻散射介質(zhì)的吸收系數(shù)，是散射系數(shù)，λ表示照射光的波長(zhǎng)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的基于均勻散射介質(zhì)再現(xiàn)空間影像的方法，所述RGB三色光由R、G、B激光器分別產(chǎn)生。
4.如權(quán)利要求1或2所述的基于均勻散射介質(zhì)再現(xiàn)空間影像的方法，所述均勻散射介質(zhì)是瓊脂凝膠。
5.一種基于均勻散射介質(zhì)再現(xiàn)空間影像的裝置，包括光源組件，包括RGB三色光源和分別與其對(duì)應(yīng)的擴(kuò)束系統(tǒng)，將各光源發(fā)出的光進(jìn)行準(zhǔn)直擴(kuò)束；合束組件，將經(jīng)過準(zhǔn)直擴(kuò)束的RGB三色光合束后投向空間光調(diào)制器；空間光調(diào)制器，加載有含有光強(qiáng)補(bǔ)償信息的全息圖；均勻散射介質(zhì)，承接經(jīng)過空間光調(diào)制器后的三色光，顯示光強(qiáng)一致的彩色三維圖像。
6.如權(quán)利要求5的基于均勻散射介質(zhì)再現(xiàn)空間影像的裝置，所述的含有光強(qiáng)補(bǔ)償信息的全息圖由三維物體建模單元產(chǎn)生。
7.如權(quán)利要求5或6的基于均勻散射介質(zhì)再現(xiàn)空間影像的裝置，所述的光強(qiáng)補(bǔ)償信息是對(duì)三維圖像的各層引入補(bǔ)償因子，所述補(bǔ)償因子％.為σ]=/{λ,Ζι) = 6(αΛλ)+αΛλ))Ζ'，其中，Z方向?yàn)楣廨S方向，Zj表示三維圖像各層所在均勻散射介質(zhì)的深度，CIa(X)是均勻散射介質(zhì)的吸收系數(shù)，是散射系數(shù)，λ表示照射光的波長(zhǎng)。
8.如權(quán)利要求7的基于均勻散射介質(zhì)再現(xiàn)空間影像的裝置，所述光源組件包括R、G、B激光器。
9.如權(quán)利要求7的基于均勻散射介質(zhì)再現(xiàn)空間影像的裝置，所述均勻散射介質(zhì)是瓊脂凝膠。
10.如權(quán)利要求8的基于均勻散射介質(zhì)再現(xiàn)空間影像的裝置，所述合束組件包括至少兩個(gè)分束鏡。
全文摘要
本發(fā)明涉及使用均勻散射介質(zhì)承接彩色三維全息像的光強(qiáng)分布優(yōu)化方法及其顯示系統(tǒng)，使用本發(fā)明的方法，構(gòu)建出一個(gè)含有光強(qiáng)補(bǔ)償用信息的三維物體，計(jì)算其全息圖并加載到空間光調(diào)制器上，由于空間光調(diào)制器重現(xiàn)出的全息三維像包含了補(bǔ)償用的光強(qiáng)信息，從而消除了因照射光的波長(zhǎng)不同以及介質(zhì)各層中衰減程度不同帶來(lái)的影響，使得產(chǎn)生的三維圖像成像光強(qiáng)均勻分布，達(dá)到真實(shí)無(wú)失真的彩色再現(xiàn)。
文檔編號(hào)G02B27/10GK102566390SQ20121000918
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2012年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月12日
發(fā)明者劉娟, 李昕, 潘奕捷, 王涌天, 謝敬輝, 賈甲 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)