[发明专利]一种正交扫描多视投影计算全息图生成方法及装置

说明书

本发明提出一种正交扫描多视投影计算全息图生成方法，包括：沿空间坐标正交方向按固定间隔对物体进行一维扫描摄影获得多张正交扫描投影图；从所述正交扫描投影图中获得物体三维傅氏频谱的模拟椭圆频谱；从所述正交扫描投影图中获得物体三维傅氏频谱的真实椭圆频谱；将所述真实椭圆频谱与所述模拟椭圆频谱进行合成，获得物体三维傅氏频谱；对所述物体三维傅氏频谱实施逆傅里叶变换及菲涅尔衍射计算获得全息图。本发明结合了正交扫描和圆形扫描两种方式优势，以正交扫描方式获得少量投影图，从正交扫描投影图中模拟获得小角度圆形扫描方式下的投影图频谱采样圆，进一步提高正交投影图频谱利用效率，从而在不增加投影图数量情况下获得更完整的物体三维傅氏频谱采样。

技术领域

本发明涉及光学全息计算技术领域，具体涉及一种正交扫描多视投影计算全息图生成方法及装置。

背景技术

计算全息是光学全息术与计算机技术的有机结合，通过计算机模拟三维物体在全息面上的2D复振幅分布(计算全息图CGH)并加载到空间光调制器SLM上，由再现光在空间上呈现出三维物体真正的3D像，是裸眼3D显示及高精度干涉测量、大数据量存储技术发展前沿方向，市场应用前景广阔。计算全息图的形成涉及物表面光源衍射场的计算，现有方法可概略分为点源法、面元法和多视投影法三类。点源法通过模拟计算物体所有点光源发出的光线在全息面上与参考光干涉叠加而获得全息图，计算原理简单，但运算量大、十分耗时，采用“空间换时间”策略的查找表算法能大幅提高点源法在线计算速度，但会影响全息图生成质量，导致重建像失真。面元法基于特殊形状面源频谱有解析解及衍射角谱理论而形成，计算时需对复杂物体表面进行面元优化分解、考虑面元遮挡及边界对重建物体形状影响，具有较高的计算复杂度高。多视投影法通过计算三维物体多视角投影图对全息面像素的贡献值来获得全息图光场，困难在于特定角度投影图(强度图像)的快速采集，如采用二维机械扫描机构实现CCD在整幅范围内扫描，十分费时、复杂且处理图像数量多；以集成成像方式取代实现CCD在整幅范围内的二维机械扫描的微透镜阵列虽效率高，但受至于微透镜加工工艺、水平限制，距离实际应用还有一定距离；利用用菲涅尔波带图案扫描三维场景，由点探测器积分得到每个扫描位置光强而获得菲涅尔全息图，则存在耗时的机械扫描和相对复杂的激光校准过程，等等。相比于点源法和面元法，多视投影法的优点在于常规照明(白光)条件下即可获得全息图，对于光学系统要求较低且同时适用于计算机虚拟物体及真实物体，目前该方法可利用普通CCD相机获取少量投影图来生成计算全息图，主要有两种图像采集方式：正交扫描和圆形扫描，两者相比，由于圆形扫描角取值范围远大于正交扫描角取值范围，正交扫描获取投影图数量少且操作更简单，但圆形扫描最大衍射效率更优且随投影图数目增加而增大。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种正交扫描多视投影计算全息图生成方法及装置。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种正交扫描多视投影计算全息图生成方法，该方法包括以下步骤：

沿空间坐标正交方向按固定间隔对物体进行一维扫描摄影获得多张正交扫描投影图；

从所述正交扫描投影图中获得物体三维傅氏频谱的模拟椭圆频谱；

从所述正交扫描投影图中获得物体三维傅氏频谱的真实椭圆频谱；

将所述真实椭圆频谱与所述模拟椭圆频谱进行合成，获得物体三维傅氏频谱；

对所述物体三维傅氏频谱实施逆傅里叶变换及菲涅尔衍射计算获得全息图。

可选地，所述模拟椭圆频谱是根据物体三维傅氏频谱抽样统一模型及其误差理论分析，从正交扫描投影图频谱中模拟获得。

可选地，所述真实椭圆频谱是通过频谱加权采样计算从正交扫描投影图中获得。

可选地，对所述真实椭圆频谱与所述模拟椭圆频谱进行合成，具体包括：