[发明专利]用于生成计算全息图的方法和系统

说明书

本公开提供了一种用于在生成计算全息图的过程中计算光场分布的方法，包括：对待生成全息图的对象进行三维建模，以获得该对象的三维模型；确定该三维模型的各个体素在待形成的全息图的视角范围内的各个方位角处的发光特性；和基于各个体素在待形成的全息图的视角范围内的各个方位角处的发光特性，计算各个体素的物光波在全息平面上的光场分布。本公开还提供了一种用于生成计算全息图的方法和系统。

技术领域

本公开涉及全息图像技术领域，特别地，涉及一种用于生成计算全息图的方法和系统。

背景技术

全息显示技术分为传统的光学全息和运用数字计算机去模拟、运算、处理各种光学过程的计算全息。传统的光学全息是利用光的干涉原理，通过引入一个与物光波相干的参考光波与物光波干涉，将物光波中的相位和振幅信息以干涉条纹的形式记录在某种介质上，然后，利用光波衍射原理，再现原始物光波后形成原物体的3D图像。然而，光学全息术需要非常稳定的光学系统(例如，无振动，无噪声等)以及具有高度相干性和高强度的光源，从而大大限制了其应用范围。为此，人们开始研究用计算机模拟运算的计算全息术。

计算全息图的制作和再现过程主要分为以下五个步骤：第一、抽样，得到物体或波面在离散样点上的值；第二、计算，计算物光波在全息平面上的光场分布；第三、编码，把全息平面上光波的复振幅分布编码成为全息图的透过率变化；第四、成图，在计算机控制下，将全息图的透过率变化绘制成图，如果绘图设备分辨率不够，则绘制一个较大的图，再缩版得到使用的全息图；第五、再现，这一步与光学全息图的再现相同。计算全息和光学全息相比具有噪声低、可重复性好以及可以获得虚拟物体的全息图等显著特点。

在观察真实物体时，观察到的一般是物体表面的反射光，大部分表面材质对光线的反射具有明显的各向异性。这样，在实际观察时，在不同的观察视角，表面各点的亮度将呈现与材质对应的变化。然而，在目前的计算全息术中，实体物体或虚拟物体的三维模型被抽样为离散化的多个体素，仅有表面的亮度信息会被保留下来，模型表面的纹理细节信息被丢弃。即，体素仅是一个具有一定亮度的点。这样，在计算全息图的生成过程中，物体的各个体素的发光强度的各向异性并没有体现出来。因此，当从不同的角度观察再现的全息像时，各个体素的亮度几乎没有变化，与实际观察的物体具有明显的差异。

发明内容

为了解决上述问题的至少一个方面，本公开提供一种用于生成计算全息图的方法和系统，该方法和系统在生成计算全息图的过程中考虑了物体的体素在不同方向观察时亮度的各向异性，从而使得计算全息再现像更加接近真实物体。

根据本公开的一个方面，提供一种用于在生成计算全息图的过程中计算光场分布的方法，包括：

对待生成全息图的对象进行三维建模，以获得该对象的三维模型；

确定该三维模型的各个体素在待形成的全息图的视角范围内的各个方位角处的发光特性；和

基于各个体素在待形成的全息图的视角范围内的各个方位角处的发光特性，计算各个体素的物光波在全息平面上的光场分布。

根据一些实施例，基于建立的三维模型，通过双向反射分布函数(BRDF)计算该三维模型的各个体素在待形成的全息图的视角范围内的各个方位角处的发光特性。

根据一些实施例，当所述对象由表面辐射的物理机理已知的材料构成时，通过数学模型计算该对象的三维模型的各个体素在待形成的全息图的视角范围内的各个方位角处的发光特性。

根据一些实施例，当所述对象为实体三维模型时，通过实际测量的方式确定该对象的三维模型的各个体素在待形成的全息图的视角范围内的各个方位角处的发光特性。

根据一些实施例，一个体素在待形成的全息图的视角范围内的各个方位角处的发光特性根据从该体素辐射出的光波的复振幅的幅度和该体素在待形成的全息图的视角范围内的方位角计算出。