專利名稱：用于快速產(chǎn)生三維(3d)全息圖的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
以下描述涉及一種加速產(chǎn)生三維(3D)全息圖的設(shè)備和方法，更具體地講，涉及一種使用操作設(shè)備通過接收輸入的空間對(duì)象的數(shù)據(jù)或包括顏色和深度的圖像數(shù)據(jù)來產(chǎn)生全息圖模式的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
立體圖像被提供為實(shí)現(xiàn)三維(3D)圖像。然而，由于立體圖像具有由于視覺疲勞、有限數(shù)量的視點(diǎn)等而引起的限制，因此使用全息圖來實(shí)現(xiàn)3D圖像的方法正引起注意。全息圖是一種呈現(xiàn)具有無限數(shù)量的視點(diǎn)的3D空間的技術(shù)，并通過使用光的強(qiáng)度和相位再現(xiàn)3D空間對(duì)象來造成較小的視覺疲勞。通常地，根據(jù)產(chǎn)生數(shù)字全息圖的方法使用計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的全息圖來產(chǎn)生全息圖。即，在數(shù)字全息圖產(chǎn)生方法中，光信號(hào)是逼近的，并使用通過數(shù)學(xué)運(yùn)算產(chǎn)生的干涉模式來產(chǎn)生全息圖。在數(shù)字全息圖產(chǎn)生方法中，3D空間對(duì)象被解釋為一組3D點(diǎn)，并產(chǎn)生與構(gòu)成3D空間對(duì)象的所有3D點(diǎn)相應(yīng)的點(diǎn)全息圖。在此情況下，隨著3D空間對(duì)象的精密性和復(fù)雜性增加，包括在3D空間對(duì)象中的3D點(diǎn)的數(shù)量也增加，因此，計(jì)算量也隨之而增加。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)示例性實(shí)施例，公開了一種可加速產(chǎn)生三維(3D)全息圖的產(chǎn)生全息圖的設(shè)備和方法。 根據(jù)示例性實(shí)施例，公開了一種在不依靠單獨(dú)的查找表(LUT)的情況下，可加速產(chǎn)生3D全息圖的設(shè)備和方法。根據(jù)示例性實(shí)施例，公開了一種可適用于使用多個(gè)處理器的并行處理并可最小化由外部存儲(chǔ)器存取引起的操作延遲的產(chǎn)生全息圖的設(shè)備和方法。通過提供一種用于產(chǎn)生全息圖的設(shè)備來實(shí)現(xiàn)上述和/或其他方面，所述設(shè)備包括:計(jì)算單元，用于通過使用輸入的三維(3D)數(shù)據(jù)的循環(huán)插值來產(chǎn)生部分區(qū)域的模式，部分區(qū)域與將產(chǎn)生全息圖的整個(gè)區(qū)域的一部分相應(yīng)；模式復(fù)制單元，用于通過復(fù)制產(chǎn)生的部分區(qū)域的模式來完成整個(gè)區(qū)域的模式。部分區(qū)域可與整個(gè)區(qū)域的八分之一區(qū)域相應(yīng)。計(jì)算單元可計(jì)算部分區(qū)域中的多個(gè)參考點(diǎn)的菲涅耳波帶片F(xiàn)ZP)模式值，并通過使用針對(duì)所述多個(gè)參考點(diǎn)中的至少一個(gè)點(diǎn)計(jì)算的FZP模式值執(zhí)行插值，計(jì)算部分區(qū)域中除所述多個(gè)參考點(diǎn)之外的點(diǎn)的FZP模式值。在此情況下,計(jì)算單元可使用例如Rayleigh-Sommerfeld解的波動(dòng)方程的解來計(jì)算所述多個(gè)參考點(diǎn)的FZP模式值。
計(jì)算單元可包括:多個(gè)處理器，用于執(zhí)行并行循環(huán)插值，所述設(shè)備還可包括:調(diào)度單元，用于針對(duì)所述多個(gè)處理器，執(zhí)行并行循環(huán)插值的調(diào)度。所述設(shè)備還可包括模式設(shè)置單元，用于從整個(gè)區(qū)域選擇部分區(qū)域，并確定所述部分區(qū)域中的模式的尺寸。通過提供一種用于產(chǎn)生全息圖的設(shè)備來實(shí)現(xiàn)上述和/或其他方面，所述設(shè)備包括:模式設(shè)置單元，用于針對(duì)可產(chǎn)生全息圖模式的整個(gè)區(qū)域的八分之一區(qū)域，設(shè)置將產(chǎn)生的全息圖模式的點(diǎn)；計(jì)算單元，計(jì)算在整個(gè)區(qū)域的八分之一區(qū)域中選擇的多個(gè)參考點(diǎn)的模式值，并基于計(jì)算的所述多個(gè)參考點(diǎn)的模式值，通過循環(huán)插值方案產(chǎn)生八分之一區(qū)域的模式。在此情況下，所述設(shè)備還可包括:模式復(fù)制單元，用于通過復(fù)制產(chǎn)生的八分之一區(qū)域的模式來完成整個(gè)區(qū)域的模式。計(jì)算單元可使用波動(dòng)方程的解來計(jì)算所述多個(gè)參考點(diǎn)的FZP模式值。計(jì)算單元可包括:多個(gè)處理器，用于執(zhí)行并行循環(huán)插值，所述設(shè)備還可包括:調(diào)度單元，用于針對(duì)所述多個(gè)處理器，執(zhí)行并行循環(huán)插值的調(diào)度。通過提供一種產(chǎn) 生全息圖的方法來實(shí)現(xiàn)上述和/或其他方面，所述方法包括:由全息圖產(chǎn)生設(shè)備的計(jì)算單元通過使用輸入的三維(3D)數(shù)據(jù)的循環(huán)插值來產(chǎn)生部分區(qū)域的模式，部分區(qū)域與將產(chǎn)生全息圖的整個(gè)區(qū)域的一部分相應(yīng)；由全息圖產(chǎn)生設(shè)備的模式復(fù)制單元通過復(fù)制產(chǎn)生的部分區(qū)域的模式來完成整個(gè)區(qū)域的模式。實(shí)施例的另外方面將在下面的描述中部分地闡明，并且從描述中部分是清楚的，或者通過本發(fā)明的實(shí)施可以被理解。


從下面結(jié)合附圖進(jìn)行的對(duì)實(shí)施例的描述中，這些和/或其它方面將會(huì)變得清楚，并且更易于理解，其中:圖1示出根據(jù)示例性實(shí)施例的用于產(chǎn)生全息圖的設(shè)備；圖2示出根據(jù)示例性實(shí)施例的產(chǎn)生全息圖的處理；圖3示出根據(jù)示例性實(shí)施例的用于產(chǎn)生全息圖的設(shè)備的計(jì)算處理；圖4示出根據(jù)示例性實(shí)施例產(chǎn)生的全息圖模式；圖5示出根據(jù)示例性實(shí)施例的產(chǎn)生模式的處理；圖6A和圖6B示出根據(jù)示例性實(shí)施例的按照循環(huán)插值預(yù)先計(jì)算模式值的參考點(diǎn)；圖7示出根據(jù)示例性實(shí)施例的計(jì)算在一個(gè)點(diǎn)的模式值的處理；圖8以及圖9A至圖9D示出根據(jù)示例性實(shí)施例的循環(huán)插值的處理；圖10示出根據(jù)示例性實(shí)施例的通過復(fù)制部分區(qū)域的模式來產(chǎn)生整個(gè)區(qū)域的模式的處理；圖1lA和圖1lB示出根據(jù)示例性實(shí)施例的圖8的處理器的操作狀態(tài)；圖12A至圖13C示出根據(jù)示例性實(shí)施例的通過調(diào)度方法執(zhí)行的循環(huán)插值的處理以及在該處理中處理器的操作狀態(tài)；圖14示出根據(jù)示例性實(shí)施例的產(chǎn)生全息圖的方法；圖15示出根據(jù)示例性實(shí)施例的產(chǎn)生全息圖的方法中的循環(huán)插值。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將詳細(xì)參考實(shí)施例,其示例在附圖中示出，其中，相同的標(biāo)號(hào)始終表示相同的部件。下面通過參照附圖來描述實(shí)施例以解釋本發(fā)明。圖1示出根據(jù)示例性實(shí)施例的用于產(chǎn)生全息圖的設(shè)備100。當(dāng)執(zhí)行存儲(chǔ)器分配和全息圖初始化，并通過設(shè)備100接收3D點(diǎn)數(shù)據(jù)時(shí)，可開始產(chǎn)生三維(3D)全息像的處理。模式設(shè)置單元110可通過確定模式的尺寸來設(shè)置菲涅耳波帶片(FZP)模式的尺寸，其中，F(xiàn)ZP模式的尺寸是可計(jì)算模式值的點(diǎn)的間隔。將參照?qǐng)D2至圖6進(jìn)一步描述模式的形狀和模式的尺寸。計(jì)算單元130可計(jì)算參考點(diǎn)的模式值以直接計(jì)算八分之一區(qū)域的模式值，并還可使用循環(huán)插值，計(jì)算八分之一區(qū)域中其他點(diǎn)的模式值。當(dāng)包括在計(jì)算單元130中的處理器通過循環(huán)插值計(jì)算模式值時(shí)，調(diào)度單元120可執(zhí)行調(diào)度，以最小化空閑處理器的數(shù)量和處理迭代的次數(shù)。將參照?qǐng)D11至圖13進(jìn)一步描述調(diào)度處理。通過上述的處理，計(jì)算單元130可完成八分之一區(qū)域的模式，模式復(fù)制單元140可通過在貫穿整個(gè)區(qū)域內(nèi)復(fù)制完成的八分之一區(qū)域的模式來完成整個(gè)區(qū)域的模式。將參照?qǐng)D10進(jìn)一步描述復(fù)制模式的處理。圖2示出根據(jù)示例性實(shí)施例的產(chǎn)生全息圖的處理。

全息圖可以是指通過記錄和再現(xiàn)空間中的光的相位信息和強(qiáng)度(即，電磁(EM)波)來恢復(fù)與原始圖像相同的3D圖像的技術(shù)。在計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的全息圖的情況下，由于例如維持暗室環(huán)境、控制短波長光或管理對(duì)象的移動(dòng)的困難，通常可基于關(guān)于3D空間和對(duì)象的信息產(chǎn)生全息圖模式，以直接捕獲光的相位信息和強(qiáng)度。然而，因?yàn)樾枰獙?duì)所有空間點(diǎn)計(jì)算全息圖平面上的強(qiáng)度和相位信息，因此在產(chǎn)生全息圖的過程中可能花費(fèi)大量的時(shí)間。通常，在產(chǎn)生單條全息圖的過程中花費(fèi)數(shù)千至數(shù)萬秒。示例性實(shí)施例可在產(chǎn)生全息圖的處理中加速操作處理。圖3示出根據(jù)示例性實(shí)施例的用于產(chǎn)生全息圖的設(shè)備的計(jì)算處理。根據(jù)示例性實(shí)施例，可使用波動(dòng)方程的解來產(chǎn)生全息圖模式。例如，，可通過使用如由方程I表示的Rayleigh-Sommerfeld解(在下文中，被稱為R-S解)來產(chǎn)生與整個(gè)區(qū)域的一部分相應(yīng)的八分之一區(qū)域的全息圖模式，并通過在整個(gè)區(qū)域上復(fù)制產(chǎn)生的八分之一區(qū)域的全息圖模式來產(chǎn)生整個(gè)區(qū)域的模式，從而獲得3D全息圖。在產(chǎn)生八分之一區(qū)域的模式的處理中，可僅計(jì)算一部分參考點(diǎn)的模式值，并且可使用循環(huán)插值計(jì)算除所述參考點(diǎn)之外的其他點(diǎn)的模式值。[等式I]
權(quán)利要求
1.一種用于產(chǎn)生全息圖的設(shè)備，所述設(shè)備包括: 計(jì)算單元，用于通過使用輸入的三維(3D)數(shù)據(jù)的循環(huán)插值來產(chǎn)生部分區(qū)域的模式，部分區(qū)域與將產(chǎn)生全息圖模式的整個(gè)區(qū)域的一部分相應(yīng)； 模式復(fù)制單元，用于通過復(fù)制產(chǎn)生的部分區(qū)域的模式來完成整個(gè)區(qū)域的模式。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，部分區(qū)域與整個(gè)區(qū)域的八分之一區(qū)域相應(yīng)。
3.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，計(jì)算單元計(jì)算部分區(qū)域中的多個(gè)參考點(diǎn)的菲涅耳波帶片(FZP)模式值，并通過使用針對(duì)所述多個(gè)參考點(diǎn)中的至少一個(gè)點(diǎn)計(jì)算的FZP模式值執(zhí)行插值，計(jì)算部分區(qū)域中除了所述多個(gè)參考點(diǎn)之外的點(diǎn)的FZP模式值。
4.如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中，計(jì)算單元使用波動(dòng)方程的解來計(jì)算所述多個(gè)參考點(diǎn)的FZP模式值。
5.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中， 計(jì)算單元包括多個(gè)處理器，用于執(zhí)行并行循環(huán)插值， 所述設(shè)備還包括調(diào)度單元，用于針對(duì)所述多個(gè)處理器，執(zhí)行并行循環(huán)插值的調(diào)度。
6.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，還包括: 模式設(shè)置單元，用于從整個(gè)區(qū)域選擇部分區(qū)域，并確定所述部分區(qū)域中的模式的尺寸。
7.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，循環(huán)插值包括針對(duì)尚未計(jì)算模式值的點(diǎn)，使用預(yù)先計(jì)算模式值的點(diǎn)來迭代地產(chǎn)生模式。
8.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，產(chǎn)生部分區(qū)域的模式包括:使用Rayleight-Sommerfeld 角軍。
9.如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中，計(jì)算單元計(jì)算沿著單個(gè)預(yù)定方向的I維線上存在的點(diǎn)的FZP模式值。
10.一種用于產(chǎn)生全息圖的設(shè)備，所述設(shè)備包括: 模式設(shè)置單元，用于針對(duì)產(chǎn)生全息圖模式的整個(gè)區(qū)域的八分之一區(qū)域，設(shè)置將產(chǎn)生全息圖模式的點(diǎn)； 計(jì)算單元，計(jì)算在整個(gè)區(qū)域的八分之一區(qū)域中選擇的多個(gè)參考點(diǎn)的模式值，并基于計(jì)算的所述多個(gè)參考點(diǎn)的模式值，通過循環(huán)插值方案產(chǎn)生八分之一區(qū)域的模式。
11.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，還包括: 模式復(fù)制單元，用于通過復(fù)制產(chǎn)生的八分之一區(qū)域的模式來完成整個(gè)區(qū)域的模式。
12.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中，計(jì)算單元使用波動(dòng)方程的解來計(jì)算所述多個(gè)參考點(diǎn)的菲涅耳波帶片(FZP)模式值。
13.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中， 計(jì)算單元包括多個(gè)處理器，用于執(zhí)行并行循環(huán)插值， 所述設(shè)備還包括調(diào)度單元，用于針對(duì)所述多個(gè)處理器，執(zhí)行并行循環(huán)插值的調(diào)度。
14.一種產(chǎn)生全息圖的方法,所述方法包括: 由全息圖產(chǎn)生設(shè)備的計(jì)算單元通過使用輸入的三維(3D)數(shù)據(jù)的循環(huán)插值來產(chǎn)生部分區(qū)域的模式，部分區(qū)域與將產(chǎn)生全息圖的整個(gè)區(qū)域的一部分相應(yīng)； 由全息圖產(chǎn)生設(shè)備的模式復(fù)制單元通過復(fù)制產(chǎn)生的部分區(qū)域的模式來完成整個(gè)區(qū)域的模式。
15.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，產(chǎn)生模式的步驟包括:計(jì)算部分區(qū)域中的多個(gè)參考點(diǎn)的菲涅耳波帶片(FZP)模式值，并通過使用針對(duì)所述多個(gè)參考點(diǎn)中的至少一個(gè)點(diǎn)計(jì)算的FZP模式值執(zhí)行插值，計(jì)算部分區(qū)域中除所述多個(gè)參考點(diǎn)之外的點(diǎn)的FZP模式值。
16.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，產(chǎn)生模式的步驟包括:使用波動(dòng)方程的解來計(jì)算所述多個(gè)參考點(diǎn)的FZP模式值。
17.如權(quán)利要求11所述的方法，還包括: 由全息圖產(chǎn)生設(shè)備的調(diào)度 單元針對(duì)包括在計(jì)算單元中的多個(gè)處理器，執(zhí)行并行循環(huán)插值的調(diào)度。
全文摘要
提供一種用于快速產(chǎn)生三維(3D)全息圖的設(shè)備和方法?？梢砸愿咚佼a(chǎn)生三維(3D)全息圖模式的產(chǎn)生全息圖的設(shè)備可包括模式設(shè)置單元，用于針對(duì)產(chǎn)生了全息圖模式的整個(gè)區(qū)域的八分之一區(qū)域，設(shè)置將產(chǎn)生全息圖模式的點(diǎn)；計(jì)算單元，用于計(jì)算針對(duì)整個(gè)區(qū)域的八分之一區(qū)域選擇的多個(gè)參考點(diǎn)的模式值，并使用循環(huán)插值來產(chǎn)生八分之一區(qū)域的模式；模式復(fù)制單元，用于通過復(fù)制產(chǎn)生的部分區(qū)域的模式來完成整個(gè)區(qū)域的模式。
文檔編號(hào)G03H1/22GK103226842SQ20131002757
公開日2013年7月31日 申請(qǐng)日期2013年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月25日
發(fā)明者南東暻, 魏浩千, 李碩, 樸斗植, 樸柱容 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社