專利名稱：將三維數(shù)字信息記錄在全息底片上的裝置及其記錄方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是三維圖像存儲(chǔ)及立體顯示的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著信息技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和數(shù)字圖像處理技術(shù)在科學(xué)研究、 生產(chǎn)實(shí)踐和現(xiàn)實(shí)生活中有大量的應(yīng)用，如汽車和制造業(yè)的設(shè)計(jì)、工程設(shè)計(jì) 的展覽、軍事立體地圖的應(yīng)用、石油和天然氣探測(cè)的數(shù)據(jù)、商業(yè)廣告和藝 術(shù)品展覽都有三維數(shù)據(jù)需要顯示它的立體結(jié)構(gòu)。目前三維數(shù)據(jù)的顯示通常 是要制作物理模型，或利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中的多種立體圖像的顯示方法， 如頭盔式顯示、戴偏振光眼鏡等。如果要制作物理模型，制作時(shí)間較長(zhǎng)、 費(fèi)用較高，若利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)顯示，則都是限制在昂貴的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中 使用。而全息圖像以其再現(xiàn)光波和真實(shí)光波的相似性，將成為的有潛力可 以提供真實(shí)感三維圖像顯示的技術(shù)。因此需要有簡(jiǎn)便快捷和在脫離顯示系 統(tǒng)的更廣闊的空間去展示三維全息圖像的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)在展示三維立體圖像時(shí)需要制作物 理模型或在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)，但其存在制作物理模型時(shí)間較長(zhǎng)、制作 物理模型費(fèi)用較高、虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)價(jià)格昂貴的問題。而提出一種將三維數(shù) 字信息記錄在全息底片上的裝置及其記錄方法。
本發(fā)明的裝置由計(jì)算機(jī)l、 D/A-A/D轉(zhuǎn)換器2、數(shù)字微反射鏡3、四分 之一波片4、偏振分束鏡5、第一凸透鏡6、空間濾波器7、第二凸透鏡8、 全息底片9、 二維位移總成10、反射鏡11、第三凸透鏡12、第四凸透鏡 13、分束鏡14、 二分之一波片15、電動(dòng)快門16、激光器17、 VGA，配器 18組成；
全息底片9設(shè)置在二維位移總成10的工作面上，數(shù)字微反射鏡3的光 軸心線上依次設(shè)置有四分之一波片4、偏振分束鏡5、第一凸透鏡6、空間
濾波器7、第二凸透鏡8、全息底片9，數(shù)字微反射鏡3的光軸心線與四分 之一波片4的光軸心線、偏振分束鏡5的光軸心線、第一凸透鏡6的光軸 心線、空間濾波器7的光軸心線、第二凸透鏡8的光軸心線相重合；激光 器17輸出的激光通過電動(dòng)快門16入射到分束鏡14的輸入端，部分激光由 分束鏡14反射并依次通過波片15、第四凸透鏡13、第三凸透鏡12入射到 偏振分束鏡5的輸入端，并使偏振分束鏡5反射光的軸心線與數(shù)字微反射 鏡3的光軸心線相重合；另一部分激光透過分束鏡14后由反射鏡11反射 到全息底片9相對(duì)于第二凸透鏡8的背面上，并與第二凸透鏡8的光軸心 線相交；計(jì)算機(jī)1的數(shù)字控制輸出輸入總線端連接D/A-A/D轉(zhuǎn)換器2的數(shù) 字輸入輸出總線端，D/A-A/D轉(zhuǎn)換器2的位移控制輸出輸入端連接二維位 移總成10的控制輸入輸出端，D/A-A7D轉(zhuǎn)換器2的快門控制輸出端連接 電動(dòng)快門16的控制輸入端，計(jì)算機(jī)1的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)輸出輸入總線端連接 VGA分配器18的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸入輸出總線端，VGA分配器18的視頻信號(hào) 輸出端連接數(shù)字微反射鏡3視頻信號(hào)輸入端。
將數(shù)字式三維圖像記錄在全息底片上的方法步驟為 步驟一、在計(jì)算機(jī)l中將三維圖像轉(zhuǎn)換成不同視角的二維圖像系列； 步驟二、計(jì)算機(jī)1通過VGA分配器18將二維圖像的像素在數(shù)字微反 射鏡3上顯示，顯示的規(guī)則為把從左到右、從上到下不同視角的二維圖 像中第M行、第N列的像素，從右到左、從下到上排列由數(shù)字微反射鏡3 顯示；
步驟三、計(jì)算機(jī)1通過D/A-A/D轉(zhuǎn)換器2控制電動(dòng)快門16工作，激 光器17輸出的激光經(jīng)分束鏡14分成兩束，其中一束光通過二分之一波片 15，經(jīng)第四凸透鏡13擴(kuò)束，第三凸透鏡12準(zhǔn)直后入射到偏振分束鏡5， 激光由偏振分束鏡5全部反射后經(jīng)四分之一波片4入射到數(shù)字微反射鏡3 上，數(shù)字微反射鏡3將激光反射后通過四分之一波片4、偏振分束鏡5后 由第一凸透鏡6匯聚，經(jīng)空間濾波器7濾波和第二凸透鏡8匯聚到全息底 片9上，作為物光束；另一束光通過反射鏡11入射到全息底片9的另一側(cè)， 作為參考光束并與全息底片9上物光束重合，同時(shí)計(jì)算機(jī)1通過D/A-A/D
轉(zhuǎn)換器2、 二維位移總成10控制全息底片9做底片平面內(nèi)二維移動(dòng)，而將 二維圖像記錄到全息底片9上；其成像、位移規(guī)則為將數(shù)字微反射鏡3 上的圖像成像在與其對(duì)應(yīng)的全息底片9的第M行、第N列上，逐點(diǎn)記錄 所有行和列的像素形成整個(gè)全息圖。全息底片9全部拍攝完成后用白光照 明即可實(shí)現(xiàn)立體成像。
本發(fā)明能將計(jì)算機(jī)中的三維數(shù)字信息記錄到全息底片上，以實(shí)現(xiàn)立體 顯示，并且橫向和縱向的圖像信息都不丟失、圖像大小不受限制、視角大、 圖像質(zhì)量好，其裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造成本低廉的優(yōu)點(diǎn)?？梢圆恢谱魑?理模型或不在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，就能記錄顯示三維全息圖像。在科學(xué)計(jì)算 數(shù)據(jù)可視化的立體顯示中，可以大大加快數(shù)據(jù)的處理速度，使產(chǎn)生的海量 數(shù)據(jù)得到有效利用，觀察到數(shù)據(jù)中隱含的現(xiàn)象，為發(fā)現(xiàn)和理解科學(xué)規(guī)律提 供有力工具。全息圖存儲(chǔ)信息量大，' 一個(gè)全息立體圖像相當(dāng)于成千上萬(wàn)個(gè) 平面像，從存儲(chǔ)的信息量和立體顯示兩方面來說，全息圖都是三維圖像存 儲(chǔ)的最好方式。在實(shí)現(xiàn)快速存儲(chǔ)的光機(jī)電一體化的全息立體記錄設(shè)備后， 會(huì)推動(dòng)立體圖片市場(chǎng)的快速發(fā)展，成為三維圖形工作站、虛擬現(xiàn)實(shí)工作站 和通用計(jì)算機(jī)的輸出設(shè)備。在工業(yè)工藝設(shè)計(jì)、復(fù)雜3D機(jī)械模型、產(chǎn)品虛 擬展示、建筑視景與城市規(guī)劃、大范圍仿真圖形場(chǎng)景的輸出、工程設(shè)計(jì)、 航空航天、軍事、地形地貌、地質(zhì)礦產(chǎn)、三維探測(cè)數(shù)據(jù)顯示、科學(xué)計(jì)算可 視化、醫(yī)學(xué)圖像三維重建、商業(yè)廣告、藝術(shù)品展覽和人像攝影等方面都有 廣闊的應(yīng)用轉(zhuǎn)化前景。


圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
具體實(shí)施方式
一結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本具體實(shí)施方式
的裝置 由計(jì)算機(jī)l、 D/A-A/D轉(zhuǎn)換器2、數(shù)字微反射鏡3、四分之一波片4、偏振 分束鏡5、第一凸透鏡6、空間濾波器7、第二凸透鏡8、全息底片9、 二 維位移總成IO、反射鏡ll、第三凸透鏡12、第四凸透鏡13、分束鏡14、 二分之一波片15、電動(dòng)快門16、激光器17、 VGA分配器18組成；
全息底片9設(shè)置在二維位移總成10的工作面上，數(shù)字微反射鏡3的光 軸心線上依次設(shè)置有四分之一波片4、偏振分束鏡5、第一凸透鏡6、空間 濾波器7、第二凸透鏡8、全息底片9，數(shù)字微反射鏡3的光軸心線與四分 之一波片4的光軸心線、偏振分束鏡5的光軸心線、第一凸透鏡6的光軸 心線、空間濾波器7的光軸心線、第二凸透鏡8的光軸心線相重合；激光 器17輸出的激光通過電動(dòng)快門16入射到分束鏡14的輸入端，部分激光由 分束鏡14反射并依次通過波片15、第四凸透鏡13、第三凸透鏡12入射到 偏振分束鏡5的輸入端，并使偏振分束鏡5反射光的軸心線與數(shù)字微反射 鏡3的光軸心線相重合；另一部分激光透過分束鏡14后由反射鏡11反射 到全息底片9相對(duì)于第二凸透鏡8的背面上，并與第二凸透鏡8的光軸心 線相交；計(jì)算機(jī)1的數(shù)字控制輸出輸入總線端連接D/A-A/D轉(zhuǎn)換器2的數(shù) 字輸入輸出總線端，D/A-A/D轉(zhuǎn)換器2的位移控制輸出輸入端連接二維位 移總成10的控制輸入輸出端，D/A-A/D轉(zhuǎn)換器2的快門控制輸出端連接 電動(dòng)快門16的控制輸入端，計(jì)算機(jī)1的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)輸出輸入總線端連接 VGA分配器18的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸入輸出總線端，VGA分配器18的視頻信號(hào) 輸出端連接數(shù)字微反射鏡3視頻信號(hào)輸入端。
所述D/A-A/D轉(zhuǎn)換器2選用的型號(hào)為阿爾泰公司的PC12306, VGA 分配器選用的型號(hào)為VGA401N，數(shù)字微反射鏡3選用的型號(hào)為是美國(guó) Texas Instruments(德州儀器)公司開發(fā)的DMD芯片組件、DMD控制電路板， 激光器17選用的固體激光器型號(hào)是SLM—532。
將數(shù)字式三維圖像記錄在全息底片上的方法步驟為 步驟一、在計(jì)算機(jī)1中將三維圖像轉(zhuǎn)換成不同視角的二維圖像系列； 步驟二、計(jì)算機(jī)1通過VGA分配器18將二維圖像的像素在數(shù)字微反 射鏡3上顯示，顯示的規(guī)則為:把從左到右、從上到下不同視角的二維圖 像中第M行、第N列的像素，從右到左、從下到上排列由數(shù)字微反射鏡3 顯示；
步驟三、計(jì)算機(jī)1通過D/A-A/D轉(zhuǎn)換器2控制電動(dòng)快門16工作，激 光器17輸出的激光經(jīng)分束鏡14分成兩束，其中一束光通過二分之一波片
15，經(jīng)第四凸透鏡13擴(kuò)束，第三凸透鏡12準(zhǔn)直后入射到偏振分束鏡5， 激光由偏振分束鏡5全部反射后經(jīng)四分之一波片4入射到數(shù)字微反射鏡3 上，數(shù)字微反射鏡3將激光反射后通過四分之一波片4、偏振分束鏡5后 由第一凸透鏡6匯聚，經(jīng)空間濾波器7濾波和第二凸透鏡8匯聚到全息底 片9上，作為物光束；另一束光通過反射鏡11入射到全息底片9的另一側(cè)， 作為參考光束并與全息底片9上物光束重合，同時(shí)計(jì)算機(jī)1通過D/A-A/D 轉(zhuǎn)換器2、 二維位移總成10控制全息底片9做底片平面內(nèi)二維移動(dòng)，而將 二維圖像記錄到全息底片9上；其成像、位移規(guī)則為將數(shù)字微反射鏡3 上的圖像成像在與其對(duì)應(yīng)的全息底片9的第M行、第N列上，逐點(diǎn)記錄 所有行和列的像素形成整個(gè)全息圖。
權(quán)利要求
1、將三維數(shù)字信息記錄在全息底片上的裝置，它由計(jì)算機(jī)(1)、D/A-A/D轉(zhuǎn)換器(2)、數(shù)字微反射鏡(3)、四分之一波片(4)、偏振分束鏡(5)、第一凸透鏡(6)、空間濾波器(7)、第二凸透鏡(8)、全息底片(9)、二維位移總成(10、反射鏡(11)、第三凸透鏡(12)、第四凸透鏡(13)、分束鏡(14)、二分之一波片(15)、電動(dòng)快門(16)、激光器(17)、VGA分配器(18)組成；其特征在于全息底片(9)設(shè)置在二維位移總成(10)的工作面上，數(shù)字微反射鏡(3)的光軸心線上依次設(shè)置有四分之一波片(4)、偏振分束鏡(5)、第一凸透鏡(6)、空間濾波器(7)、第二凸透鏡(8)、全息底片(9)，數(shù)字微反射鏡(3)的光軸心線與四分之一波片(4)的光軸心線、偏振分束鏡(5)的光軸心線、第一凸透鏡(6)的光軸心線、空間濾波器(7)的光軸心線、第二凸透鏡(8)的光軸心線相重合；激光器(17)輸出的激光通過電動(dòng)快門(16)入射到分束鏡(14)的輸入端，部分激光由分束鏡(14)反射并依次通過波片(15)、第四凸透鏡(13)、第三凸透鏡(12)入射到偏振分束鏡(5)的輸入端，并使偏振分束鏡(5)反射光的軸心線與數(shù)字微反射鏡(3)的光軸心線相重合；另一部分激光透過分束鏡(14)后由反射鏡(11)反射到全息底片(9)相對(duì)于第二凸透鏡(8)的背面上，并與第二凸透鏡(8)的光軸心線相交；計(jì)算機(jī)(1)的數(shù)字控制輸出輸入總線端連接D/A-A/D轉(zhuǎn)換器(2)的數(shù)字輸入輸出總線端，D/A-A/D轉(zhuǎn)換器(2)的位移控制輸出輸入端連接二維位移總成(10)的控制輸入輸出端，D/A-A/D轉(zhuǎn)換器(2)的快門控制輸出端連接電動(dòng)快門(16)的控制輸入端，計(jì)算機(jī)(1)的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)輸出輸入總線端連接VGA分配器(18)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸入輸出總線端，VGA分配器(18)的視頻信號(hào)輸出端連接數(shù)字微反射鏡(3)視頻信號(hào)輸入端。
全文摘要
將三維數(shù)字信息記錄在全息底片上的裝置及其記錄方法，它涉及的是三維圖像存儲(chǔ)及立體顯示的技術(shù)領(lǐng)域。它是為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在制作物理模型時(shí)間較長(zhǎng)、費(fèi)用較高、虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)價(jià)格昂貴的問題。它的數(shù)字微反射鏡的光軸上依次設(shè)置有四分之一波片、偏振分束鏡、第一凸透鏡、空間濾波器、第二凸透鏡、全息底片，激光器輸出的激光通過電動(dòng)快門、分束鏡、二分之一波片、第四凸透鏡、第三凸透鏡入射到偏振分束鏡的輸入端；另一部分激光透過分束鏡后由反射鏡反射到全息底片的背面上。它的步驟為將三維圖像轉(zhuǎn)換成不同視角的二維圖像系列；在數(shù)字微反射鏡上顯示；在全息底片上成像。本發(fā)明能將計(jì)算機(jī)中數(shù)字式三維圖像記錄到全息底片上，以實(shí)現(xiàn)立體顯示。
文檔編號(hào)G11C13/04GK101101479SQ20071007259
公開日2008年1月9日 申請(qǐng)日期2007年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月31日
發(fā)明者于曉燕, 關(guān)承祥, 孫文軍, 飆 張, 榮憲偉 申請(qǐng)人:哈爾濱師范大學(xué)