均匀散射介质承接彩色三维全息图像的光强分布优化方法及其显示系统的制作方法

专利名称：均匀散射介质承接彩色三维全息图像的光强分布优化方法及其显示系统的制作方法
技术领域：
本申请涉及一种利用均勻散射介质再现光电空间影像的方法及显示系统，具体的，涉及一种针对均勻散射介质散射透射特性来设计计算全息图像的方法及其显示系统。
背景技术：
三维立体显示一直是人们的研究热点，从十八世纪照相术发明迄始，人类一直在追求应用二维媒质作为三维信息的载体。历史上人们发明了数十种巧妙的三维成像技术，例如体视视差照相，视差全景照相，集成照相术(IP)，柱镜屏照片，投影式三维成像等。但是，上述这些基于几何光学原理，以聚焦成像为特征的技术并不是真正的三维成像技术，因为它们不能提供人眼视觉系统所需的全部生理学和心理学的深度提示，仅能提供体视视差信息的部分抽样。因此在分辨力、视场、景深、信噪比、色保真度等方面均难以满足应用的要求。全息显示技术基于物理光学原理，是以完整记录和重建三维物体波前为基础的三维成像技术，也是迄今唯一能够提供人眼视觉系统所需全部深度信息的裸视真三维显示技术。目前计算全息技术和显示技术的结合使全息技术的应用前景更加广阔，形成了计算全息三维显示技术。该技术通过计算机构建三维物体的全息图，然后利用空间光调制器再现三维全息图像。一般情况下，透过空间光调制器可以观察到三维虚像，但是受空间光调制器分辨率的限制，导致再现像的视场角与尺寸都较小。另一方面，空间光调制器能投影出三维实像，但是需要散射介质承接。而采用烟雾，水雾等悬浮粒子作为承接介质的系统，这些系统通常设计比较复杂，而且由于烟雾、水雾的不稳定，导致了再现三维像的质量下降。由于介质的吸收和散射，沿着光的透射方向，物体的光强会逐渐降低。光强的减弱在传播方向上遵从如下规律I = I广“ Z、+a#、、:⑴式中Cia(A)是吸收系数，Cis(X)是散射系数，ζ是在介质中光线沿Z方向透射的距离，Itl是入射光光强，I是衰减后的光强。由公式(1)可以看出，光强的衰减随着透射深度的增加而增加。这使得各层光的光强不一致，影响再现像的质量。此外，吸收系数α3(λ)，散射系数α3(λ)均是关于波长的函数，均勻介质对不同波长的吸收和散射也是不同的，这使得用介质无法很好的承接彩色的三维像。

发明内容
本发明提供一种基于均勻散射介质再现空间影像的方法，其方法简便可行、易于实现，且可同时确保再现三维图像的质量不会下降。首先构建一个三维物体，并将该三维物体沿光传播的方法(Ζ方向)分成若干层，每一层根据再现光的波长以及所处介质的位置加入光强补偿，然后计算出上述物体的全息图，并加载到空间光调制器上；使用均勻散射介质作为承接介质，基于相应的含有光强补偿的全息图，使用RGB三色光作为再现光，观察者可以在一定视角范围内观察到光强均勻的彩色三维像。根据本发明的基于均勻散射介质再现空间影像的方法，包括以下步骤a)构建含有光强补偿信息的三维物体，然后计算其全息图，所述三维物体及其全息图由计算机建模产生；b)将所述全息图加载到空间光调制器上；c)用RGB三色光照射所述空间光调制器；d)将通过所述空间光调制器的光投射到均勻散射介质，得到各层光强一致的彩色
三维图像。所述光强补偿由预补偿因子
权利要求
1.一种基于均勻散射介质再现空间影像的方法，包括以下步骤a)构建含有光强补偿信息的全息图，所述全息图由计算机建模产生；b)将所述全息图加载到空间光调制器上；c)用RGB三色光照射所述空间光调制器；d)将通过所述空间光调制器的光投射到均勻散射介质，得到各层光强一致的彩色三维图像。
2.如权利要求1所述的基于均勻散射介质再现空间影像的方法，在步骤a)中，所述光强补偿信息是对三维图像的各层引入补偿因子，所述补偿因子ο ^为Gj =f(A,Zj) = e(aM)+aM))Zjy其中，Z方向为光轴方向，Zj表示三维图像各层所在均勻散射介质的深度，Cia(X)是均勻散射介质的吸收系数，是散射系数，λ表示照射光的波长。
3.如权利要求1或2所述的基于均勻散射介质再现空间影像的方法，所述RGB三色光由R、G、B激光器分别产生。
4.如权利要求1或2所述的基于均勻散射介质再现空间影像的方法，所述均勻散射介质是琼脂凝胶。
5.一种基于均勻散射介质再现空间影像的装置，包括光源组件，包括RGB三色光源和分别与其对应的扩束系统，将各光源发出的光进行准直扩束；合束组件，将经过准直扩束的RGB三色光合束后投向空间光调制器；空间光调制器，加载有含有光强补偿信息的全息图；均勻散射介质，承接经过空间光调制器后的三色光，显示光强一致的彩色三维图像。
6.如权利要求5的基于均勻散射介质再现空间影像的装置，所述的含有光强补偿信息的全息图由三维物体建模单元产生。
7.如权利要求5或6的基于均勻散射介质再现空间影像的装置，所述的光强补偿信息是对三维图像的各层引入补偿因子，所述补偿因子％.为σ]=/{λ,Ζι) = 6(αΛλ)+αΛλ))Ζ'，其中，Z方向为光轴方向，Zj表示三维图像各层所在均勻散射介质的深度，CIa(X)是均勻散射介质的吸收系数，是散射系数，λ表示照射光的波长。
8.如权利要求7的基于均勻散射介质再现空间影像的装置，所述光源组件包括R、G、B激光器。
9.如权利要求7的基于均勻散射介质再现空间影像的装置，所述均勻散射介质是琼脂凝胶。
10.如权利要求8的基于均勻散射介质再现空间影像的装置，所述合束组件包括至少两个分束镜。
全文摘要
本发明涉及使用均匀散射介质承接彩色三维全息像的光强分布优化方法及其显示系统，使用本发明的方法，构建出一个含有光强补偿用信息的三维物体，计算其全息图并加载到空间光调制器上，由于空间光调制器重现出的全息三维像包含了补偿用的光强信息，从而消除了因照射光的波长不同以及介质各层中衰减程度不同带来的影响，使得产生的三维图像成像光强均匀分布，达到真实无失真的彩色再现。
文档编号G02B27/10GK102566390SQ20121000918
公开日2012年7月11日 申请日期2012年1月12日 优先权日2012年1月12日
发明者刘娟, 李昕, 潘奕捷, 王涌天, 谢敬辉, 贾甲 申请人:北京理工大学