基于数字全息和计算全息的动态光学三维显示技术研究

论文摘要

虚拟现实和增强现实是目前显示技术发展的热点,其中三维信息获取和显示技术是最为重要的研究方向。三维显示技术目前已经发展出了体三维显示、双目视差立体显示、多视点立体显示等,但这些三维显示技术并不是真正意义上的三维再现。光学全息三维显示能真实地再现出物体的三维信息,包括物光场完整的振幅和相位信息,从而使观察者在观看全息再现的三维像时有着与直接观看真实三维物体或场景一样的立体感。全息三维显示是通过衍射成像方式实现的,由于其信息量非常大,需要极高空间分辨率的显示材料或器件(约9﹡10~7像素),若要进行动态显示,还需要很宽的传输带宽(约6﹡10~5MH)。因此目前全息三维显示仅仅在静态显示方面得到了应用。随着计算机和光电成像技术的迅速发展,利用数字全息、计算全息和空间光调制器进行动态三维显示的研究成为人们关注的热点。数字全息术是利用光电传感器件记录全息图,一般通过计算机模拟光学衍射过程来实现被记录物体的数字再现。数字全息技术的特点的是充分利用光电成像和计算机技术,使得全息图可以数字化重构,为三维定量精密测量提供了全新的路径。计算机制全息术则是将物光波复振幅由计算机编码成为数字化的全息图,计算全息图可以输出到空间光调制器中,进行光学再现显示。计算全息图不仅能记录下实际物体发出光波的振幅和相位,还能模拟出实际不存在的物体波前,因此具有特别的优势和很好的灵活性。本文在动态全息方面展开研究,将数字全息、计算全息与空间光调制器相结合,构建了一个数字化实时三色全息三维显示系统。先用计算机制全息术计算得到虚拟物体的数字化全息图,再用数字全息术记录实际物体的全息图,然后将两种全息图实时输入到3个空间光调制器中,通过空间光调制器的衍射得到虚拟信息与实际信息融合的再现像。本论文主要内容包括如下几个方面:1、首先对于数字全息和计算全息在三维显示方面的发展和应用进行了概述,对无透镜傅里叶变换全息的记录与再现进行了分析。2、由于数字全息图和计算全息图是通过不同方式得到的,为了使计算全息图和数字全息图的再现像达到预期融合效果,我们在理论上详细分析了数字全息图的记录条件及其参数,再通过得到的参数设定计算全息图的计算参数使得数字全息图和计算全息图的相关参数相匹配,最后通过得到的参数计算相应的计算全息图。3、在理论分析的基础上,进行实验验证。结合实际器件参数,设计最佳光学再现光路,将数字全息图实时加载到一个空间光调制器中实现对真实物体的光学再现,将计算机生成的两个计算全息图分别加载到另外两个空间光调制器中实现对虚拟对象的光学再现。用三个波长为650nm、520nm和462nm的半导体激光器作为再现光源进行再现后,三幅重建的图像在空间中融合。我们最终通过实验得到了三色动态全息三维显示影像,增强了真实物体的三维显示效果,实现了可测量的定量的光学再现。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
•   1.1 全息术的发展概述
•     1.1.1 数字全息术概述
•     1.1.2 计算机制全息术概述
•   1.2 全息三维显示技术概述
•   1.3 论文的主要研究内容
• 第二章 全息技术基本理论
•   2.1 全息图的记录与再现
•   2.2 同轴全息术和离轴全息术的记录与再现
•   2.3 菲涅尔全息术的记录与再现
•   2.4 无透镜傅里叶变换全息术的记录与再现
•   2.5 本章小结
• 第三章 数字全息图与计算全息图再现像的融合分析
•   3.1 数字全息图记录条件及其参数
•   3.2 计算全息图计算参数设定
•   3.3 本章小结
• 第四章 动态全息显示实验的设计与实验结果
•   4.1 基于数字全息术的实时动态全息显示
•     4.1.1 数字全息图的记录
•     4.1.2 数字全息图的再现
•       4.1.2.1 数字全息图的模拟再现
•       4.1.2.2 数字全息图的光学再现
•     4.1.3 实时再现
•   4.2 基于计算全息的动态全息显示
•     4.2.1 CGH的光学再现
•     4.2.2 基于计算全息的动态显示
•   4.3 基于数字全息和计算全息的实时动态显示
•     4.3.1 数字全息图和计算全息图光学再现像的融合
•     4.3.2 实时动态显示
•   4.4 本章小结
• 第五章 总结与展望
•   5.1 总结
•   5.2 展望
• 参考文献
• 攻读学位期间取得的研究成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 胡杰康

导师: 王辉

关键词: 数字全息术,计算机制全息术,全息三维显示,增强现实

来源: 浙江师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,计算机软件及计算机应用

单位: 浙江师范大学

分类号: TP391.41;O438.1

DOI: 10.27464/d.cnki.gzsfu.2019.000039

总页数: 57

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