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CN111176094B - 一种激光全息投影显示方法和装置 - Google Patents

一种激光全息投影显示方法和装置 Download PDF

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CN111176094B CN202010037679.7A CN202010037679A CN111176094B CN 111176094 B CN111176094 B CN 111176094B CN 202010037679 A CN202010037679 A CN 202010037679A CN 111176094 B CN111176094 B CN 111176094B
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Sichuan Changhong Electric Co Ltd
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    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
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    • G—PHYSICS
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Abstract

本发明公开了一种激光全息投影显示方法，属于全息投影技术领域。解决了激光全息投影显示技术中存在的散斑问题。包括以下步骤：(a)将待显示图像分解成至少2个稀疏的二维子图像；(b)计算每个二维子图像对应的子全息图；(c)将激光投射到空间光调制器上，空间光调制器依次加载每个二维子图像对应的子全息图，经过各个子全息图调制后的光束射向全息显示介质并在其上形成投影图像。本发明通过将待显示图像进行分解为稀疏的子图像，使各子图像内部的像素点之间不产生干涉，从而子图像的显示无散斑产生。多个子图像按时间序列依次显示，利用人眼视觉暂留效果合成无散斑的完整图像。

Description

一种激光全息投影显示方法和装置
技术领域
本发明涉及全息投影技术领域，更具体的说是涉及一种激光全息投影显示方法和装置。
背景技术
全息技术是一种三维显示技术，其通过全息图记录来自物体的光波场的全部信息(包括振幅和相位)，照明光在全息图上发生衍射后，可以还原出全息图所记录的物体的光波场。由于被还原的光波场与人眼观察真实物体时的光波场完全相同，观察者可以看到物体的三维立体图像。全息技术的实现依赖于光的相干性，适合使用激光光源，激光全息投影技术被认为是未来三维显示技术的最佳选择。
近年来，计算机全息图(CGH)发展迅速，全息图的获取不需要传统的光学记录过程，而是基于虚拟物体的三维数据，通过计算机模拟光波传播的过程计算出来，使全息图的生成更加简单快捷。其中，虚拟物体多采用离散化的点云模型，即一系列空间采样点的集合，而全息图的计算可通过傅里叶变换或菲涅尔变换确定。不过，与其他激光投影显示技术一样，基于计算机全息图的显示技术也存在散斑问题，即在还原的图像中存在随机分布的亮眼斑点。散斑的存在会降低投影图像的清晰度，严重影响图像的显示效果。
发明内容
为了解决激光全息投影显示技术中存在的散斑问题，本发明提供了一种消散斑的激光全息投影显示方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种激光全息投影显示方法，包括以下步骤：
(a)将待显示图像分解成至少2个稀疏的二维子图像；
(b)计算每个二维子图像对应的子全息图；
(c)将激光投射到空间光调制器上，空间光调制器依次加载每个二维子图像对应的子全息图，经过各个子全息图调制后的光束射向全息显示介质并在其上形成投影图像。
进一步的技术方案是：所述二维子图像是通过对待显示图像进行空间采样产生的，所述二维子图像在两个正交方向上的像素间隔是待显示图像的像素间隔的整数倍，且各二维子图像之间是互相交错的。
进一步的技术方案是：所述二维子图像的像素间隔是由子图像内部相邻像素点间不产生干涉的最小间隔来确定的。
进一步的技术方案是：所述全息图是由所述二维子图像的菲涅尔变换计算而来的。
进一步的技术方案是：所述全息图是由所述二维子图像的傅里叶变换计算而来的。
本发明还提供了一种激光全息投影显示装置，用于所述的激光全息投影显示方法对待显示图像进行投影显示，所述激光全息投影显示装置包括：光源、准直透镜、微处理器、空间光调制器和全息显示介质；
所述光源用于产生激光；
所述准直透镜用于将激光准直并投射到所述空间光调制器上；
所述微处理器用于将待显示图像分解为至少2个二维子图像，并计算所述二维子图像的全息图；
所述空间光调制器用于加载所述二维子图像的全息图，并将来自所述准直透镜的激光进行调制后投射至全息显示介质，形成投影图像。
进一步的技术方案是：还包括设置于所述空间光调制器与所述全息显示介质之间的4F系统，用于将来自所述空间光调制器的光投射至所述全息显示介质。
进一步的技术方案是：所述4F系统包括位于傅里叶面上的空间滤波器，用于阻挡除第一级衍射光以外的其他光投射到所述全息显示介质上。
进一步的技术方案是：所述空间光调制器是液晶空间光调制器。
进一步的技术方案是：所述空间光调制器是数字微镜阵列。
本发明与现有技术相比具有的有益效果是：
通过将待显示图像进行分解为稀疏的子图像，使各子图像内部的像素点之间不产生干涉，从而子图像的显示无散斑产生。多个子图像按时间序列依次显示，利用人眼视觉暂留效果合成无散斑的完整图像。
附图说明
图1是本发明实施例中的激光全息投影显示方法；
图2是本发明实施例中待显示图像分解为在两个正交方向上具有相同像素间隔的子图像的示意图；
图3是本发明实施例中待显示图像分解为在两个正交方向上具有不同像素间隔的子图像的示意图
图4是本发明实施例中的激光全息投影显示装置。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，并不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他所用实施例，都属于本发明的保护范围。
实施例1
如图1所示，一种激光全息投影显示方法，分为以下步骤：
(a)将待显示图像分解成至少2个稀疏的二维子图像；
其中，所述二维子图像是通过对待显示图像进行空间采样产生的，所述二维子图像在两个正交方向上的像素间隔是待显示图像的像素间隔的整数倍，且各二维子图像之间是互相交错的。
具体地，本实施例中选取待显示图像为二维图像，分解的二维子图像的像素间隔在两个正交方向上均是待显示图像的像素间隔的2倍。待显示图像的分解方式如图2所示，10为待显示图像，101-104为分解得到的4个子图像，子图像中黑色实心圆代表从待显示图像中采样得到的像素点，空心圆代表该像素为0。各子图像之间互相交错，叠加后得到原始的待显示图像。
当然，子图像的像素间隔在两个正交方向上可以是不相同的，如图3所示为子图像1001-1006的像素间隔在横向和纵向上是待显示图像10的2倍和3倍的情况。
另外，待显示图像10为三维图像时，应将其先划分为若干二维图像，再将每个二维图像分解为子图像。
二维子图像的像素间隔是由子图像内部相邻像素点间不产生干涉的最小间隔来确定的。由于衍射作用，像素点在全息显示介质上形成艾里斑，为使相邻的像素点不产生干涉，应该使像素间隔大于衍射的艾里斑直径。在具体实施过程中，可通过测试确定艾里斑尺寸，从而确定像素间隔的最小值。
(b)计算每个二维子图像对应的子全息图；
具体地，全息图可以由二维子图像的傅里叶变换或菲涅尔变换计算而来。
(c)将激光投射到空间光调制器上，空间光调制器依次加载每个二维子图像对应的子全息图，经过各个子全息图调制后的光束射向全息显示介质并在其上形成投影图像。
根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种激光全息投影显示装置，如图4所示，光源1发出的激光经过准直透镜2后变为准直光束，并投射到空间光调制器4上。微处理器3用于将待显示图像按照上述方法分解为子图像，并计算相应的子全息图。加载到空间光调制器上的子全息图对光束进行调制，衍射后的光经过4F系统5的变换后在全息显示介质6上形成投影图像。
具体地，本发明中激光器可采用激光二极管，例如，中心波长为465nm的蓝光激光二极管。空间光调制器可以采用数字微镜阵列(DMD)，图像分辨率为1920×1080。4F系统由两个焦距相同的透镜组成，例如，焦距为50mm。全息显示介质可以为带有玻璃基板的全息膜片。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种激光全息投影显示装置，其特征在于：包括：光源、准直透镜、微处理器、空间光调制器和全息显示介质；
所述光源用于产生激光；
所述准直透镜用于将激光准直并投射到所述空间光调制器上；
所述微处理器用于将待显示图像分解为至少2个二维子图像，并计算所述二维子图像的全息图；
所述空间光调制器用于加载所述二维子图像的全息图，并将来自所述准直透镜的激光进行调制后投射至全息显示介质，形成投影图像；
所述激光全息投影显示装置实现的激光全息投影显示方法包括以下步骤：
(a)将待显示图像分解成至少2个稀疏的二维子图像；所述二维子图像是通过对待显示图像进行空间采样产生的，所述二维子图像在两个正交方向上的像素间隔是待显示图像的像素间隔的整数倍，且各二维子图像之间是互相交错的；所述二维子图像的像素间隔在两个正交方向上可以是不相同的；所述二维子图像的像素间隔是由子图像内部相邻像素点间不产生干涉的最小间隔来确定的；
(b)计算每个二维子图像对应的子全息图；
(c)将激光投射到空间光调制器上，空间光调制器依次加载每个二维子图像对应的子全息图，经过各个子全息图调制后的光束射向全息显示介质并在其上形成投影图像。
2.根据权利要求1所述的激光全息投影显示装置，其特征在于，所述全息图是由所述二维子图像的菲涅尔变换计算而来的。
3.根据权利要求1所述的激光全息投影显示装置，其特征在于，所述全息图是由所述二维子图像的傅里叶变换计算而来的。
4.根据权利要求1所述的激光全息投影显示装置，其特征在于，还包括设置于所述空间光调制器与所述全息显示介质之间的4F系统，用于将来自所述空间光调制器的光投射至所述全息显示介质。
5.根据权利要求4所述的激光全息投影显示装置，其特征在于，所述4F系统包括位于傅里叶面上的空间滤波器，用于阻挡除第一级衍射光以外的其他光投射到所述全息显示介质上。
6.根据权利要求1所述的激光全息投影显示装置，其特征在于，所述空间光调制器是液晶空间光调制器。
7.根据权利要求1所述的激光全息投影显示装置，其特征在于，所述空间光调制器是数字微镜阵列。
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