[发明专利]借助亚全息图实时生成视频全息图的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种由具有深度信息的图像数据实时生成视频全息图，具体说是计算机生成的视频全息图(CGNH)的方法。在全息再现三维物体或三维场景时，通过相干光波的干涉和叠加生成光波阵面。 

背景技术

与以照相或干涉图样的形式的其他格式方式存储的传统的全息图相反，视频全息图作为由三维场景的序列及其在电子装置中所存储的序列计算全息图数据的结果存在。 

在全息显示装置中，能生成干涉的调制光以光波阵面的形式在观察者眼睛前面的空间传播，该光波阵面可以通过振幅和/或相位值控制，所述光波阵面从而再现三维场景。通过控制具有视频全息图的全息值的光调制装置，使得发出的在其像素内被调制的波场在空间中通过产生干涉再现所需的三维场景。 

全息显示装置典型地包含可控像素的排列，该可控像素的排列通过电子影响照射光的振幅和/或相位再现物点。在本文件中，术语“像素”指光调制装置中的可控的全息图像素；像素由全息点的离散值单独寻址和控制。每个像素表示视频全息图的全息点。在LCD中，术语“像素”用于显示屏幕的可独立寻址的图像点。在数字光处理显示器(DLP)中，术语“像素”用于单个微镜或一小组微镜。在连续SLM中，“像素”是光调制装置上的过渡区，表示复杂的全息点。因此术语“像素”一般是指表示或能显示复全息点的最小单元。 

公知的有多种光调制装置，例如空间光调制器(SLM)形式的光调制装置。光调制装置可以是连续型的或阵列型的。例如，其可以是具有阵列控制的连续SLM或声光调制器(AOM)。液晶显示器(LCD)就是这种通过光图样的调幅再现视频全息图的合适的显示装置的实例。但是，本发明还可以用于使用相干光调制光波阵面的其他可控装置。

较佳地用于本发明的全息显示装置实质上基于以下原理：在至少一个光调制装置上将被分成物点的场景作为总全息图编码。可以从可见区观看再现的该场景，该可见区位于再现的视频全息图的一个周期区间内。为要被再现的场景的每个物点定义亚全息图。通过亚全息图的叠加形成总全息图。一般说来，此原理是主要再现将由物体发出进入一个或多个可见区的波阵面。单个物点的再现仅需要一个亚全息图作为光调制装置上编码的总全息图的子集。全息显示装置包含至少一个屏幕装置。屏幕装置是编码场景的全息图的光调制器本身，或者是光调制器上编码的场景的全息图或波阵面成像到其上的光学元件，如透镜或反射镜。 

申请人提出的其他文件中已说明了可见区中屏幕装置的定义和相应的场景再现的原理。第WO 2004/044659号和第WO 2006/027228号专利文件中，屏幕装置是光调制器本身。第WO 2006/119760号“由于场景全息再现的投射装置和方法”的专利文件中，场景装置是光调制器上编码的全息图所成像到的光学元件。第DE 10 2006 004 300号“用于场景的全息再现的投射装置”的专利文件中，屏幕装置是光调制器上编码的场景的波阵面所成像到的光学元件。 

可见区是观察者可以见到整个再现场景的有限区域。在可见区内，波场干涉以形成波阵面，使得再现场景对于观察者可见。可见区位于或靠近观察者的眼睛。可见区可以在X、Y和Z方向移动，借助公知的位置探测和跟踪系统将可见区跟踪到实际的观察者位置。每个观察者可以使用两个可见区，每只眼睛一个。一般说来也可以有可见区的其他实施例。还可以编码视频全息图，从而对观察者而言，单个物体或整个场景看起来位于光调制器的后方。 

虚拟的截头锥体形的再现空间在全息显示装置的光调制装置与可见区之间延伸，其中光调制器表示底部，而可见区表示截头锥体的顶部。如 果可见区十分小，则截头锥体可以近似为锥形。观察者通过可见区观看全息显示装置，在可见区接收表示场景的波阵面。 

申请人提出的第WO/2006/066906号专利文件中说明了一种计算视频全息图的方法。总体上包括以下步骤：将场景切分为平行于光调制器平面的剖面，将所有这些剖面变换成可见区并将其相加。而后，相加的结果被逆变换成光调制器所在的全息平面，从而确定视频全息图的复全息值。 

该方法实质上借助计算机对三维场景执行以下步骤： 

根据每个断层场景剖面的每个物数据集，为观察者平面计算分开的二维波场分布形式的衍射图像，该观察者平面位于距剖面有限远的距离并平行于剖面，其中为至少一个通用可见区计算所有剖面的波场， 

将所有剖面的计算分布相加，以便限定涉及观察者平面参考的数据集中的可见区的总波场，以及