專利名稱：全視差全息圖快速計(jì)算與制作裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及全息圖制作與全息圖打印領(lǐng)域，特別是一種全視差全息圖快速計(jì)算與制作裝置及方法。
背景技術(shù)：
全息圖打印是激光全息技術(shù)重要應(yīng)用領(lǐng)域之一。傳統(tǒng)的光學(xué)全息是利用干涉原理，將物體發(fā)出的特定光波以干涉條紋的形式記錄下來，使物光波前的全部信息都存儲在記錄介質(zhì)中，由于衍射原理能重現(xiàn)出原始物光波，從而形成與原物體逼真的三維像。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)及硬件設(shè)備的不多發(fā)展與更新，計(jì)算全息系統(tǒng)已成為主要的全息圖獲取手 段。利用計(jì)算機(jī)模擬光學(xué)過程制作全息圖雖然得到了發(fā)展，但是還是存在著不足一、由于計(jì)算全息圖數(shù)據(jù)量大(尤其是全視差計(jì)算全息圖)，合成全息圖消耗的時(shí)間較多。二、計(jì)算全息圖的輸出一般是縮微打印到記錄介質(zhì)上的，系統(tǒng)控制精度要求比較高。目前，國內(nèi)外已經(jīng)對計(jì)算全息圖的打印進(jìn)行了研究。國內(nèi)以重慶大學(xué)的彭婉娟、王丁等應(yīng)用全視差點(diǎn)陣合成全息圖的方法、哈爾濱師范大學(xué)的關(guān)承祥、榮憲偉、于曉燕等提出了三維顯示多通道全息圖記錄方法、蘇州大學(xué)的萬遠(yuǎn)紅，張瑾等提出一種實(shí)現(xiàn)三維顯示的新方法為主要實(shí)現(xiàn)方法。國外以日本發(fā)明的數(shù)字條紋打印機(jī)、美國的Zebra Imaging公司發(fā)明了數(shù)字合成彩虹全息圖為主。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有的國內(nèi)外全息打印系統(tǒng)存在的全視差全息圖計(jì)算速度慢以及打印控制要求精度差的問題，提供一種全視差全息圖快速計(jì)算與制作裝置及方法，實(shí)現(xiàn)視角圖片的快速采集及全視差計(jì)算全息圖的合成，實(shí)現(xiàn)全息圖分割打印的自動化。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案提出一種全視差全息圖快速計(jì)算與制作裝置，包括激光器、快門、隨機(jī)相位板、電機(jī)、物鏡、針孔、透鏡、偏振片、透射式空間光調(diào)制器、偏振片、高分辨率成像鏡頭、全息干板、二維移動平臺、高配置計(jì)算機(jī)，其特征是激光器固定在平臺上；隨機(jī)相位板固定在電機(jī)上高速旋轉(zhuǎn)消除散斑噪聲；針孔置于物鏡焦距位置處；偏振片分別置于透射式空間光調(diào)制器前后；全息干板固定在二維移動平臺上；高配置計(jì)算機(jī)通過數(shù)據(jù)線分別與快門、透射式空間光調(diào)制器、二維移動平臺連接。根據(jù)本發(fā)明所提供的全視差計(jì)算全息圖快速計(jì)算與制作全視差裝置，其特征是高配置計(jì)算機(jī)(14)可采用美國AMAX公司生產(chǎn)的SerMax PSC_2n 448核個(gè)人超級計(jì)算機(jī)，帶有Tesla C2075 GPU計(jì)算處理器、3DMAX軟件、MATLAB軟件。根據(jù)本發(fā)明所提供的全視差全息圖快速計(jì)算與制作裝置，其特征是激光器采用的是波長為532nm的綠色激光器。根據(jù)本發(fā)明所提供的全視差全息圖快速計(jì)算與制作裝置，其特征是隨機(jī)相位板是固定在電機(jī)上高速旋轉(zhuǎn)消除散斑和噪聲。根據(jù)權(quán)利要求I所述的全視差全息圖快速計(jì)算與制作裝置，其特征是高分辨率成像鏡頭(11)是采用EDMUND公司生產(chǎn)的NT59-878顯微鏡和MT-4鏡筒透鏡組成，它的分辨率為O. 7 μ m，它對圖像的縮放比最大為20倍。根據(jù)權(quán)利要求I所述的全視差全息圖快速計(jì)算與制作裝置，其特征是二維移動平臺(13)是二維數(shù)控平臺，定位精度為5 μ m，最大行程為IOOmmX 100mm。一種全視差全息圖快速計(jì)算與制作方法，采用上述裝置進(jìn)行制作，其特征包括如下步驟
(O利用高配置計(jì)算機(jī)帶有的3DMAX軟件建立物體模型，利用攝像機(jī)的渲染功能采集物體模型的視角圖像；
(2)把視角圖像導(dǎo)入MATLAB軟件，在TeslaC2075 GPU的加速下得到全視差像素圖像，再經(jīng)過MATLAB軟件編碼和Tesla C20705GPU的加速得到黃氏編碼圖像；
(3)把快門、透射式空間光調(diào)制器、二維移動平臺通過數(shù)據(jù)線與高配置計(jì)算機(jī)連接，打·開激光器、電機(jī)、透射式空間光調(diào)制器、高配置計(jì)算機(jī)，把二維移動平臺調(diào)整到初始位置。(4)打開控制程序?qū)崿F(xiàn)向透射式空間光調(diào)制器發(fā)送黃氏編碼圖像，快門開通三秒實(shí)現(xiàn)第一幅圖片曝光后關(guān)閉，二維移動平臺移動一個(gè)位置，向透射式空間光調(diào)制器發(fā)送另一幅全視差計(jì)算全息圖，快門開通三秒實(shí)現(xiàn)第二幅圖片曝光后關(guān)閉。循環(huán)到最后一幅圖結(jié)束打印。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見的突出實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著進(jìn)步利用高配置計(jì)算機(jī)本身攜帶的Tesla C2075 GPU計(jì)算處理器以及3DMAX與MATLAB軟件的有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了視角圖片的采集以及全視差計(jì)算全息圖的合成加速。將快門、透射式空間光調(diào)制器、二維移動平臺與高配計(jì)算機(jī)連接實(shí)現(xiàn)了全息圖分割打印的自動化，而且操作容易、便捷。


圖I為全視差全息圖縮微打印系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)圖。圖2為全視差全息圖快速合成的原理圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例結(jié)合附圖詳述如下
實(shí)施例一
如圖I所示，本全視差全息圖快速計(jì)算與制作裝置，包括激光器(I)、快門(2)、隨機(jī)相位板(3)、電機(jī)(4)、物鏡(5)、針孔(6)、透鏡(7)、偏振片(8)透射式空間光調(diào)制器(9)、偏振片(10)、高分辨率成像鏡頭(11)、全息干板(12)、二維移動平臺(13)、高配置計(jì)算機(jī)(14)，其特征是激光器(I)固定在平臺上；隨機(jī)相位板(3)固定在電機(jī)(4)上，高速旋轉(zhuǎn)消除散斑噪聲；針孔(6)置于物鏡(5)焦距位置處；偏振片(8，10)分別置于透射式空間光調(diào)制器
(9)前后；全息干板(12)固定在二維移動平臺(13)上；高配置計(jì)算機(jī)(14)通過數(shù)據(jù)線分別與快門(2)、透射式空間光調(diào)制器(9)、二維移動平臺(13)連接。實(shí)施例二
本全視差全息圖快速計(jì)算與制作裝置與實(shí)施例一基本相同，特點(diǎn)是
(I):高配置計(jì)算機(jī)(14)采用美國AMAX公司生產(chǎn)的SerMax PSC_2n 8核CPU個(gè)人超級計(jì)算機(jī)，帶有 Tesla C20705GPU 計(jì)算處理器(2-3)、3DMAX (2-1)軟件、MATLAB (2-2)軟件。(2):激光器(I)采用的是波長為532nm的綠色激光器。(3):隨機(jī)相位板(3)是固定在電機(jī)(4)上高速旋轉(zhuǎn)消除散斑噪聲。(4):高分辨率成像鏡頭是采用EDMUND公司生產(chǎn)的NT59-878顯微鏡和MT-4鏡筒透鏡組成，它的分辨率為O. 7 μ m，它對圖像的縮放比最大為20倍。(5): 二維移動平臺(13)是二維 數(shù)控平臺，定位精度為5μπι，最大行程為10Omm X 100mm。實(shí)施例三
本全視差全息圖快速計(jì)算與制作方法，采用上述裝置進(jìn)行制作，如圖2所示，其具體操作步驟是
Cl)利用高配置計(jì)算機(jī)(14)帶有的3DMAX (2-1)軟件建立物體模型(2-1-1)，利用攝像機(jī)(2-1-2)的渲染功能采集物體模型(2-1-1)的視角圖像(2-2)；
(2)把視角圖像(2-2)導(dǎo)入MATLAB(2-2)軟件，在Tesla C2075 GPU (2-3)的加速下得到全視差像素圖像(2-2-1)，再經(jīng)過MATLAB (2-2)軟件編碼和Tesla C2075 GPU (2-3)的加速得到黃氏編碼圖像(2-3-1)；
(3)把快門(2)、透射式空間光調(diào)制器(9)、二維移動平臺(13)通過數(shù)據(jù)線與高配置計(jì)算機(jī)(14)連接，打開激光器(I)、電機(jī)(4)、透射式空間光調(diào)制器(9)、高配置計(jì)算機(jī)(14)，把二維移動平臺(13)調(diào)整到初始位置。(4)打開控制程序?qū)崿F(xiàn)向透射式空間光調(diào)制器(9)發(fā)送黃氏編碼圖像(2-3-1)，快門(2)開通三秒實(shí)現(xiàn)第一幅圖片曝光后關(guān)閉，二維移動平臺(13)移動一個(gè)位置，向透射式空間光調(diào)制器(9)發(fā)送另一幅全視差計(jì)算全息圖，快門(2)開通三秒實(shí)現(xiàn)第二幅圖片曝光后關(guān)閉。循環(huán)到最后一幅圖結(jié)束打印。
權(quán)利要求
1.一種全視差全息圖快速計(jì)算與制作裝置，包括激光器(I)、快門(2)、隨機(jī)相位板(3)、電機(jī)(4)、物鏡(5)、針孔(6)、透鏡(7)、偏振片(8)、透射式空間光調(diào)制器(9)、偏振片(10)、高分辨率成像鏡頭(11 )、全息干板(12)、二維移動平臺(13)和高配置計(jì)算機(jī)(14)，其特征是所述激光器(I)固定在平臺上；隨機(jī)相位板(3)固定在電機(jī)(4)上，高速旋轉(zhuǎn)消除散斑噪聲；針孔(6)置于物鏡(5)焦點(diǎn)位置處；兩個(gè)偏振片(8，10)分別置于透射式空間光調(diào)制器(9)前后；全息干板(12)固定在二維移動平臺(13)上；高配置計(jì)算機(jī)(14)通過數(shù)據(jù)線分別與快門(2)、透射式空間光調(diào)制器(9)、二維移動平臺(13)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的全視差全息圖快速計(jì)算與制作裝置，其特征是所述高配置計(jì)算機(jī)(14)采用美國AMAX公司生產(chǎn)的SerMax PSC_2n 8核CPU個(gè)人超級計(jì)算機(jī)，帶有Tesla C2075 GPU 計(jì)算處理器(2_3)、3DMAX (2-1)軟件、MATLAB (2-2)軟件。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的全視差全息圖快速計(jì)算與制作裝置，其特征是激光器(I)采用的是波長為532nm的綠色激光器。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的全視差全息圖快速計(jì)算與制作裝置，其特征是高分辨率成像鏡頭(11)是采用EDMUND公司生產(chǎn)的NT59-878顯微鏡和MT-4鏡筒透鏡組成，它的分辨率為O. 7 μ m，它對圖像的縮放比最大為20倍。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的全視差全息圖快速計(jì)算與制作裝置，其特征是二維移動平臺(13)是二維數(shù)控平臺，定位精度為5 μ m，最大行程為100_X 100mm。
6.一種全視差全息圖快速計(jì)算與制作方法，采用根據(jù)權(quán)利要求I所述的全視差全息圖快速計(jì)算與制作裝置進(jìn)行制作，其特征是操作步驟如下 O利用高配置計(jì)算機(jī)(14)帶有的3DMAX (2-1)軟件建立物體模型(2-1-1)，利用攝像機(jī)(2-1-2)的渲染功能采集物體模型(2-1-1)的視角圖像(2-2)； 2)把視角圖像(2-2)導(dǎo)入MATLAB(2-2)軟件，在Tesla C2075 GPU (2-3)的加速下得到全視差像素圖像(2-2-1)，再經(jīng)過MATLAB (2-2)軟件編碼和Tesla C20705GPU (2-3)的加速得到黃氏編碼圖像(2-3-1)； 3)把快門(2)、透射式空間光調(diào)制器(9)、二維移動平臺(13)通過數(shù)據(jù)線與高配置計(jì)算機(jī)(14)連接，打開激光器(I)、電機(jī)(4)、透射式空間光調(diào)制器(9)、高配置計(jì)算機(jī)14)，把二維移動平臺(13)調(diào)整到初始位置； 4)打開控制程序?qū)崿F(xiàn)向透射式空間光調(diào)制器(9)發(fā)送黃氏編碼圖像(2-3-1)，快門(2)開通三秒實(shí)現(xiàn)第一幅圖片曝光后關(guān)閉，二維移動平臺(13)移動一個(gè)位置，向透射式空間光調(diào)制器(9)發(fā)送另一幅全視差計(jì)算全息圖，快門(2)開通三秒實(shí)現(xiàn)第二幅圖片曝光后關(guān)閉；循環(huán)到最后一幅圖結(jié)束打印。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種全視差全息圖快速計(jì)算與制作裝置及方法。本裝置包括激光器、快門、隨機(jī)相位板、電機(jī)、物鏡、針孔、偏振片、透射式空間光調(diào)制器、高分辨率成像鏡頭、全息干板、二維移動平臺、高配置計(jì)算機(jī)。激光器提供整個(gè)實(shí)驗(yàn)的光源；隨機(jī)相位板由電機(jī)驅(qū)動消除散斑噪聲；物鏡與針孔同軸配合，實(shí)現(xiàn)對光波的匯聚；高分辨率成像鏡頭實(shí)現(xiàn)了對全視差圖片的縮小功能；兩片偏振片有效調(diào)節(jié)了零極光斑；高配置計(jì)算機(jī)分別與快門、透射式空間光調(diào)制器、二維移動平臺連接，實(shí)現(xiàn)全息圖片連續(xù)傳輸、全息干板移動、全息圖分時(shí)曝光的控制。該裝置及計(jì)算方法能夠?qū)崿F(xiàn)多視角的全息圖的打印并且對全視差圖像計(jì)算的加速可是實(shí)現(xiàn)商業(yè)生產(chǎn)的時(shí)間效率。
文檔編號G03H1/12GK102866616SQ20121034670
公開日2013年1月9日 申請日期2012年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月3日
發(fā)明者鄭華東, 孫國棟, 于瀛潔 申請人:上海大學(xué)