專利名稱：：用于顯示全息視頻圖像序列的設(shè)備及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種用于例如使用全息技術(shù)來顯示視頻圖像的設(shè)備及方法。
背景技術(shù)：
：公知有多種用于使用全息術(shù)、例如使用計算機(jī)全息圖像生成技術(shù)(CGH)來顯示圖像的裝置。這些公知裝置中的一種裝置在US6437919中描述，其中對電尋址空間光調(diào)制器(SLM)尋址以提供圖像的3D全息再現(xiàn)(representation)。因此，當(dāng)由適當(dāng)?shù)恼彰鞴庠凑丈銼LM時，圖像在重放區(qū)(RPF)中重構(gòu)。諸如全息顯示器之類的現(xiàn)有投影顯示器的問題在于光效率較低，并且3D顯示器需要大量像素。而且，全息生成的2D視頻圖像公知具有明顯優(yōu)于傳統(tǒng)投影視頻圖像的優(yōu)點(diǎn)，尤其在清晰度和效率方面。但是，當(dāng)前的全息生成算法的計算復(fù)雜性使它們不能用于實(shí)時應(yīng)用中。另外，即使現(xiàn)有的算法足夠快，但由它們產(chǎn)生的圖像的質(zhì)量不足以用于顯示應(yīng)用中。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明在權(quán)利要求書中陳述。由于使用了可編程到諸如為純相位調(diào)制構(gòu)造的LCOS(硅基液晶)裝置之類的可編程衍射元件上的相息圖(kinoform)，因此，與依靠照明光束的調(diào)幅的現(xiàn)有系統(tǒng)相比，顯示效率明顯提高。因此，可以獲得具有最小光損失的實(shí)時視頻。另外，本發(fā)明可以通過對優(yōu)化算法期間產(chǎn)生的相息圖的多個迭代進(jìn)行時分多路復(fù)用，來提供改進(jìn)的噪聲減輕技術(shù)。而且，與以視頻幀頻動態(tài)地顯示相息圖的裝置以及用于實(shí)時計算必要的相位分布的硬件相結(jié)合，重構(gòu)的相息像具有明顯優(yōu)于傳統(tǒng)投影圖像的優(yōu)點(diǎn)，尤其在效率和像素?fù)p失的魯棒性方面。在相息圖電寫入到LCOS裝置上的情況下，應(yīng)當(dāng)理解，術(shù)語“相息圖”包含代表相位全息圖的任何相位分布，其中僅計算對象波前的調(diào)相。為了便于說明，在本說明書中術(shù)語“相息圖”和“全息圖”可以交換使用。參考的視頻不限于表示任何特殊類型圖像內(nèi)容的數(shù)據(jù)，其包括代表一個或更多靜止圖像的數(shù)據(jù)，其中所述數(shù)據(jù)是周期性或定期刷新的?，F(xiàn)將參考附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例，其中圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的顯示器構(gòu)造的方塊圖；圖2示意性地示出本發(fā)明第一實(shí)施例的部件；圖3示意性地示出本發(fā)明第二實(shí)施例的部件；圖4示意性地示出本發(fā)明第三實(shí)施例的部件；圖5示意性地示出本發(fā)明第四實(shí)施例的部件；圖6示意性地示出本發(fā)明第五實(shí)施例的部件；圖7示意性地示出本發(fā)明第六實(shí)施例的部件；圖8示出了通過SLM的部分橫截面圖；圖9a和圖9b是示出可選的二進(jìn)制(binary)調(diào)相方案的SLM各自的視圖；圖10示出了根據(jù)本發(fā)明的處理器部件的方塊示意圖；以及圖11是示出本發(fā)明第七實(shí)施例的部件的示意圖。具體實(shí)施例方式在以下的說明中，在各附圖中使用相同的附圖標(biāo)記表示相同的部件?？偟膩碚f，本申請涉及一種用于由計算機(jī)生成的純相位全息圖(通常公知為相息圖)投影視頻圖像的設(shè)備。所述相息圖必須能夠快速地重建，以使它們能在像素化的硅基液晶(LCOS)空間光調(diào)制器上顯示，所述空間光調(diào)制器已構(gòu)造成作為純相位調(diào)制器有效地運(yùn)行。LCOS純相位SLM由來自部分相干光源(例如激光器或超輻射發(fā)光二極管、LED)的適當(dāng)擴(kuò)展的光束照射，并且純相位相息圖在遠(yuǎn)場(farfield)中轉(zhuǎn)化為實(shí)灰度圖像(realintensityimage)?？墒褂猛队巴哥R使該遠(yuǎn)場變得較近，以進(jìn)行傅立葉變換。通過使用基于硬件的快速處理器(例如FFT、FPGA以及DS處理器)，并通過(例如)使用與用于相位恢復(fù)的喬思貝格-薩克斯通(Gerchberg-Saxton)算法相關(guān)的方法(參考J.R.Fienup的“相位恢復(fù)算法比較法(Phaseretrievalalgorithmsacomparison)”，應(yīng)用光學(xué)(AppliedOptics)，第21(15)卷，第2758-2765頁(1982)；以及R.W.Gerchberg和W.O.Saxton的“用于從圖像和衍射平面圖確定相位的實(shí)用算法(Apracticalalgorithmforthedeterminationofphasefromimageanddiffractionplanefigures)”，Optik35，第237-246頁(1971)，其內(nèi)容通過援引合并在此)，以高速計算構(gòu)成視頻圖像的視頻幀或子幀的傅立葉變換，從而將它們轉(zhuǎn)化為相息圖。參考圖1，視頻顯示器包括總體上由附圖標(biāo)記10表示的全息視頻投影儀。處理器14接收并處理包括待投影的視頻圖像的對象12，以在諸如空間光調(diào)制器之類的可編程衍射元件16上形成相息圖。相息圖16由照明光源18照射以形成圖像20。在相息圖16與圖像20之間設(shè)有光學(xué)器件22，用于在屏幕上投影重放，并且例如用于消除零階效應(yīng)或減輕圖像中的噪聲。待在處理器14中產(chǎn)生并編程以通過SLM16再現(xiàn)的相息圖包括相位全息圖的再現(xiàn)，其類型例如為在L.B.Lesem、P.M.Hirsch、J.A.Jordan的“相息圖一種新的波前重構(gòu)裝置(Thekinoformanewwavefrontreconstructiondevice)”，IBMJ.Res.Devel.第150-5頁(1969年3月)中描述的類型。由于這種技術(shù)依靠純相位調(diào)制，因此沒有通過調(diào)幅形成的光損失。而且，SLM是衍射的而非成像的器件。處理步驟包括將在下面更詳細(xì)描述的產(chǎn)生相息圖、將相息圖編碼進(jìn)SLM中、以及減輕噪聲的步驟。因此，提供了復(fù)時變圖像或快速刷新圖像的高質(zhì)量、高空間和時間分辨率投影。圖2至圖5示出了根據(jù)本發(fā)明第一至第四實(shí)施例的單級結(jié)構(gòu)。圖2更詳細(xì)地示出了圖1的方塊圖中的各種部件。例如，照明光學(xué)器件包括激光器200和擴(kuò)束器202。可編程衍射元件包括在屏幕208上投影的SLM206。包括偏振光束分光器204的中間光學(xué)元件以反射/透射模式設(shè)置，將照明光束反射在SLM206上，接著該SLM206經(jīng)由其反射鏡將調(diào)制的光束反射在屏幕208上。應(yīng)當(dāng)理解，單獨(dú)的元件可以為任何合適的元件，例如，激光器、擴(kuò)束器以及偏振光束分光器可以根據(jù)系統(tǒng)的光學(xué)需求進(jìn)行選擇。傳統(tǒng)的LCOS裝置在被改動用于純相位調(diào)制時適用于SLM，例如由Holoeye和CRLO顯示器公司提供的裝置。這種改動可以包括使用用于調(diào)相的鐵電液晶LCoS裝置的二進(jìn)制相位，并且理想的開關(guān)角(switchingangle)從45度增加至90度用于調(diào)相。在這種情況下，不需要起偏器或檢偏器?？蛇x地，利用液晶電光效應(yīng)(其中光軸在液晶層的平面內(nèi)旋轉(zhuǎn))，例如向列液晶中的電診斷效應(yīng)(electrocliniceffect)、V形開關(guān)或撓曲電效應(yīng)(flexoelectriceffect)，可以引入高速模擬LCoS裝置。在所有這些情況中，理想的開關(guān)角均為45度，通過將四分之一波片(QWP)集成在LCoS裝置的反射鏡(未示出)上而接近該角度。反射鏡與QWP的結(jié)合使有效開關(guān)角加倍，并使開關(guān)角接近45度的電光效應(yīng)可以使用?？蛇x的設(shè)備有具有使用向列液晶響應(yīng)像素電壓的模擬裝置的LCoS裝置。這些與僅用于灰度投影的這種類型的傳統(tǒng)向列LCoS裝置不同?？梢愿淖円壕У慕Y(jié)構(gòu)以提供更好的模擬相位響應(yīng)，并改變與引入(incoming)裝置的偏振狀態(tài)相關(guān)的LCoS裝置的設(shè)置。在這種情況下，不需要檢偏器來進(jìn)行純相位投影。LCoS裝置的制造在以下文獻(xiàn)中進(jìn)一步描述，該文獻(xiàn)為H.C.Stauss的“LCOS顯示器的復(fù)興(TheresurgenceofLCOSdisplays)”，信息顯示(InformationDisplay)，2004年11月，第20(11)卷，第16-20頁。參考圖8，其示出了通過二進(jìn)制SLM(100)的一個實(shí)施例的一部分的橫截面圖。在該圖中，SLM(100)具有多個像素(120-123)，盡管應(yīng)理解的是，像素實(shí)際上排列在二維矩陣中。各像素(120-123)均能夠被電控，以提供0或π相移。SLM的各像素(120-123)均具有位于其上并與其相對應(yīng)設(shè)置的各自的相位掩膜像素(phase-maskpixel)(130-133)。如從圖中可以看出，第一、第三和第四相位掩膜像素(130，132，133)具有相對較薄的厚度，而第二相位掩膜像素(131)具有相對較厚的厚度。這種厚度差基于相位掩膜的材料、并基于所用光的波長進(jìn)行選擇。這種選擇使得通過較厚像素(131)的光比通過較薄像素(130，132，133)的光多相移π。在SLM等裝置反射的位置，光將兩次通過相位掩膜，從而需要相應(yīng)的厚度改變。在本實(shí)施例中，相位掩膜作為包覆層形成在SLM(100)上。當(dāng)然也可以使用其它設(shè)置，例如使用兩個大致相同的SLM，其中一個提供數(shù)據(jù)顯示，另一個形成相位掩膜。圖2示出的設(shè)置的特別的優(yōu)點(diǎn)在于，由于使用了相息圖形式的相位分布，因此可將一些或所有的投影光學(xué)器件結(jié)合到LCOS裝置上的相息圖，作為用于低成本系統(tǒng)的二次相位項(xiàng)(quadraticphaseterm)，該低成本系統(tǒng)例如為提供菲涅耳同軸全息圖的顯微投影儀。參考圖3，其示出了使用夫瑯和費(fèi)(或傅立葉)全息圖的可選實(shí)施例，其中結(jié)合有額外的透鏡210以提供投影光學(xué)器件。為了消除全息圖中作為投影中的主要噪聲源的零階點(diǎn)，如果將線性相位項(xiàng)加入全息圖，那么分別如圖4和圖5所示采用菲涅耳或夫瑯和費(fèi)離軸設(shè)置(其中屏幕208及合適的投影光學(xué)器件210設(shè)置為離軸)，則可去掉零階點(diǎn)。參考圖6和圖7，其示出了第五和第六實(shí)施例中的兩級結(jié)構(gòu)。根據(jù)這些結(jié)構(gòu)，額外的中間光學(xué)器件包括光尋址空間光調(diào)制器(OASLM)以額外減輕噪聲。首先參考圖6，相息圖在SLM600上顯示，并通過復(fù)制光學(xué)器件602多路復(fù)用到OASLM604上。因此，多種樣式的相同或不同的相位全息圖在OASLM上空間多路復(fù)用，并且它們根據(jù)用于振幅全息圖的方案(如美國專利號6437919中所述，其內(nèi)容通過援引全部合并在此)，經(jīng)由變換投影光學(xué)器件投影在屏幕608上。投影圖像的光點(diǎn)大小與照明光束的口徑成反比，與傅立葉投影系統(tǒng)的有效焦距成正比。由諸如LCOS(對角線為12-32mm)之類的傳統(tǒng)SLM提供的小口徑通過在較大的OASLM上空間多路復(fù)用該圖像而變大。因此，由于高質(zhì)量調(diào)制的圖像對于實(shí)時光寫入OASLM光傳感器是理想的，所以可以在不進(jìn)行改動的情況下使用現(xiàn)有的SLM。來自SLM上大量像素的衍射損失通過在OASLM上的鄰接平鋪顯示(contiguoustile)上多路復(fù)用該圖像而減小，從而有效放大由SLM衍射的第一階(firstorder)。投影圖像的光點(diǎn)大小通過所得到的系統(tǒng)的較大光學(xué)口徑而變小，另外，由于不存在精細(xì)像素化(finepixellation)(否則將產(chǎn)生更高階的衍射損失)，并且由于OASLM的結(jié)構(gòu)適于驅(qū)動如以下文獻(xiàn)所述的提供強(qiáng)調(diào)相(robustphasemodulation)的鐵電液晶，因此該OASLM的結(jié)構(gòu)可以很好地適用于這種設(shè)備，所述文獻(xiàn)為S.Mias、I.G.Manolis、N.Collings、T.D.Wilkinson以及W.A.Crossland的“使用寬開關(guān)角鐵電液晶層的調(diào)相雙穩(wěn)態(tài)光尋址空間光調(diào)制器(Phase-modulatingbistableopticallyaddressedspatiallightmodulatorsusingwide-switching-angleferroelectricliquidcrystallayer)”，光學(xué)工程(OpticalEngineering)，第44(1)卷(2005)，其內(nèi)容通過援引合并在此。因此，可以提供高對比度圖像。圖7示出了可選的兩級結(jié)構(gòu)，其中SLM610的多位幀提供用于OASLM上的空間多路復(fù)用的多級全息圖，例如在下面更詳細(xì)描述的通過色彩、灰度等對相息圖進(jìn)行的各個分解，然后它們結(jié)合以提供最終圖像。對相息圖進(jìn)行編碼二進(jìn)制和多級相息圖應(yīng)當(dāng)理解，復(fù)制和變換投影光學(xué)器件可以為任何合適的類型，例如變換投影光學(xué)器件可以為傅立葉變換透鏡。類似地，OASLM可以為任何合適的類型，例如在S.Mias等在光學(xué)工程(2005年1月)中所描述的類型，其內(nèi)容通過援引合并在此。應(yīng)當(dāng)理解，可以采用任何合適的編碼方案，例如二進(jìn)制或多級量化。根據(jù)圖9a所示的二進(jìn)制方案，SLM900包括多個像素或全開關(guān)角θ＝90°的開關(guān)元件902。由于LCOS裝置的厚度為四分之一波長，因此遠(yuǎn)場906中沒有形成零階點(diǎn)。圖9b中示出了包括LCOS裝置的可選SLM，其中SLM900包括全轉(zhuǎn)換角小于90°的開關(guān)元件902。從而，如從示出Eout904的對稱分布的圖中可以看出，遠(yuǎn)場906中形成零階點(diǎn)，由此例如可以執(zhí)行參考圖4和圖5所述的離軸技術(shù)。在可選的編碼/量化方案中，可以比二進(jìn)制相位裝置獲得更多的優(yōu)點(diǎn)(見下)。根據(jù)該可選實(shí)施例，采用了多級量化，在這種情況下，可將更多的光引向期望的圖像。提供多級量化的裝置包括具有正介電各向異性的零扭曲向列LCOS裝置(EHallstig、TMartin、LSjoqvist、MLindgren的“用于調(diào)相的向列液晶空間光調(diào)制器的偏振特性”(Polarisationpropertiesofnematicliquidcrystalspatiallightmodulatorsforphasemodulation)，Jnl.Opt.Soc.Am.A.，2004年8月)。由于可以使向列液晶裝置和雙頻向列裝置(K.Bauchert、S.Serati、A.Furman的“用于調(diào)相的雙頻向列SLM”(DualfrequencynematicSLMsforphasemodulation)，ProcSPIE473435-43(2002))垂直對齊，因此也可以使用聚亞酰胺單元(Pi-cell)向列液晶裝置?？梢允褂玫目删哂懈扉_關(guān)速度的近晶型液晶裝置包括電診斷LCOS、變形螺旋(deformedhelix)LCOS、串聯(lián)二進(jìn)制(tandembinary)LCOS以及V形開關(guān)LCOS，見M.O’Callaghan的“無閾值V形開關(guān)鐵電液晶中的開關(guān)動力學(xué)和表面力”(SwitchingdynamicsandsurfaceforcesinthresholdlessV-shapedswitchingferroelectricliquidcrystals)，PhysRev.E67，011710(2003)。使用多級相位的主要優(yōu)點(diǎn)在于，與二進(jìn)制相息圖的情況中灰度均等分布在正和負(fù)對稱級中相反，多級相位的相息圖能夠?qū)⑺械墓庖龑?dǎo)至一個衍射級。而且，相息圖可以以減少的量化誤差再現(xiàn)，從而使重放場(replayfield)中的噪聲降低。相息圖中的信息容量更高，使得重構(gòu)保真度更高。相息圖的實(shí)時計算現(xiàn)將描述上述設(shè)備可被用于產(chǎn)生實(shí)時視頻全息投影的方式。參考圖10，在第一方法實(shí)施例中，直接由視頻信號產(chǎn)生的、表示m×m像素輸入灰度場(intensityfield)Txy的信號(802)輸入具有第一處理塊(801)的處理器(820)。本實(shí)施例中的處理裝置(20)包括現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)，該現(xiàn)場可編程門陣列運(yùn)行代碼以能夠執(zhí)行所需的函數(shù)。在其它實(shí)施例中使用ASIC，在另外的實(shí)施例中使用編程通用計算機(jī)。用于所述多個像素化全息圖中的每一個全息圖的第一處理塊(801)在輸出(803)處通過公式Txy(n)=Txyexp(jΦxy(n))]]>形成第一數(shù)據(jù)集Txy(n)，以使第一數(shù)據(jù)集Txy(n)的幅度與期望像素的幅度相等，并具有同分布(i.i.d.)的均勻隨機(jī)相位。第一數(shù)據(jù)集(803)施加至第二處理塊(804)，該第二處理塊(804)形成第二數(shù)據(jù)集Gxy(n)，以使輸出(5)處Gxy(n)=F-1[Txy(n)],]]>其中F-1表示2D反傅立葉變換。然后，第二數(shù)據(jù)集由第三處理塊(806)在復(fù)平面內(nèi)沿實(shí)軸方向(realdirection)充分移動，以形成第三數(shù)據(jù)集(807)，該第三數(shù)據(jù)集(807)中各數(shù)據(jù)點(diǎn)的相位較小。第三處理塊(806)形成R作為最小正實(shí)數(shù)，以使|Gxy(n)|≤R∀x,y,n,]]>并將實(shí)數(shù)α加入第二數(shù)據(jù)集的各數(shù)據(jù)項(xiàng)，以在輸出(807)處形成第三數(shù)據(jù)集α+Gxy(n)，其中α＞＞R。輸出(807)處的第三數(shù)據(jù)集施加至形成量值(magnitude-forming)的第五處理塊(808)，該第五處理塊(808)執(zhí)行函數(shù)Mxy(n)=|α+Gxy(n)|,]]>以使Mxy(n)輸出為第四數(shù)據(jù)集(809)。然后，第四數(shù)據(jù)提供至二進(jìn)制化級(binarisationstage)(810)，該二進(jìn)制化級(810)執(zhí)行函數(shù)以形成用于作為所述全息圖顯示的第五數(shù)據(jù)集(811)，其中Q(n)=median(Mxy(n)).]]>第五數(shù)據(jù)集(11)提供至鐵電液晶SLM(12)以用于顯示和觀看。盡管在本實(shí)施例中使用鐵電液晶空間光調(diào)制器，但可以替換為除了諸如MEMS裝置(例如DMD)之類的非液晶技術(shù)以外的其它裝置，例如包括向列SLM、OASLM(光尋址空間光調(diào)制器)，以及更多特異(exotic)類型的液晶顯示器，例如電診斷、聚亞酰胺單元、撓曲電、反鐵電、亞鐵電、V形開關(guān)單元以及客主染料單元(guest-hostdyecell)。該裝置可以是透射的或反射的。僅有一個計算灰度的步驟、即反傅立葉變換的存在允許目前的硬件為每個視頻幀實(shí)時產(chǎn)生多個(例如40個)全息圖。在第二方法實(shí)施例中，改進(jìn)的處理產(chǎn)生2N組不同的m×m二進(jìn)制相位全息圖Hxy(n)，各全息圖Hxy(n)均產(chǎn)生接近同一目標(biāo)圖像的重放場。該處理的關(guān)鍵特征在于，由各全息圖產(chǎn)生的噪聲場為i.i.d.，滿足了上述條件。該處理以目標(biāo)灰度圖像Txy的規(guī)范開始，并進(jìn)行如下1.使Txy(n)=Txyexp(jΦxy(n)),]]>其中Φxy(n)在0與2π之間均勻分布，且1≤n≤N，1≤x，y≤m2.使Gxy(n)=F-1[Txy(n)],]]>其中F-1表示2D反傅立葉變換算子，且1≤n≤N3.使其中1≤n≤N4.使其中1≤n≤N5.使其中Q(n)=median(Mxy(n)),]]>且1≤n≤2N本處理的步驟3和5與第一實(shí)施例的步驟3、4和5完全等同，但加入了額外的步驟(本處理中的第4步驟)。從而，在此產(chǎn)生的全息圖Mxy(n)與由原算法產(chǎn)生的全息圖Mxy(n)完全一樣，只是此處還“免費(fèi)”(即不需要另外的傅立葉變換步驟)提供了全息圖Mxy(n+N)。步驟1形成N個目標(biāo)Txy(n)，其幅度與提供的灰度目標(biāo)Txy的幅度相等，但具有i.i.d.均勻隨機(jī)相位。步驟2計算N個相應(yīng)的全復(fù)數(shù)傅立葉變換全息圖Gxy(n)。步驟3和4分別計算全息圖的實(shí)部和虛部。然后，全息圖的實(shí)部和虛部中的每一個的二進(jìn)制化在步驟5中執(zhí)行如下將閾值設(shè)定在Mxy(n)的中值附近以確保全息圖中出現(xiàn)的-1和1點(diǎn)的數(shù)量相等，從而(通過清晰度)獲得DC平衡以及最小重構(gòu)誤差。因此，與使用第一實(shí)施例的處理獲得一個全息圖不同，Txy上執(zhí)行的一個傅立葉變換操作提供了兩個二進(jìn)制相位全息圖Hxy。任何純實(shí)數(shù)全息圖(例如二進(jìn)制相位全息圖)在重放場中產(chǎn)生共軛圖像，這減少了可用區(qū)，從而只有一半的效率。共軛圖像可以通過產(chǎn)生四相位全息圖(其中各像素均取[1，j，-1，-j]中的一個值)而去除，盡管這種全息圖不能在諸如鐵電SLM之類的固有二進(jìn)制裝置上顯示。如由上述算法所提供的，在向列液晶裝置上能顯示兩個以上相位級(phaselevel)，但這些相位級目前的數(shù)量級太低而不能用于高幀頻的應(yīng)用。但是，通過在二進(jìn)制相位SLM的上表面上蝕刻像素值為1和j的像素化相位掩膜(從而分別強(qiáng)制相移0和π/2)，可以去除共軛圖像。這是通過隨機(jī)設(shè)定掩膜的像素值、以使通過結(jié)合SLM和相位掩膜而強(qiáng)加的凈調(diào)制(netmodulation)位于集合[1，j，-1，-j]中而獲得的，其不管SLM自身是二進(jìn)制的事實(shí)，提供去除共軛圖像所需的額外自由度(以額外的RPF噪聲為代價)。這種技術(shù)已用于相關(guān)器的設(shè)計，并且在此應(yīng)用于顯示應(yīng)用。盡管掩膜的像素值是隨機(jī)的，并從而具有“dc平衡”(其中各相移值的數(shù)量統(tǒng)計上相等)，但掩膜自身固定，并且各相移值的像素位置已知。在其它實(shí)施例中，使用不完全隨機(jī)的相移分布。為了改進(jìn)上述算法以使用相位掩膜，對第二塊(4)進(jìn)行改動以提供Gxy(n)，從而使Gxy(n)=F-1[Txy(n)]Pxy]]>其中Pxy定義相位掩膜，其已隨機(jī)地產(chǎn)生為使得各像素均具有取1或j值的相等概率。為了在仿真中評估這種技術(shù)的功效，產(chǎn)生用于兩種測試模式的全息圖，并且各全息圖均復(fù)制兩次，復(fù)制步驟在算法中的步驟2與步驟3之間執(zhí)行。形成的重放場證實(shí)了共軛圖像被有效地去除，并且仿真還顯示出相位掩膜的使用沒有明顯降低RPF產(chǎn)生的信噪比。上述討論涉及使用傅立葉全息圖在遠(yuǎn)場中產(chǎn)生期望的2D結(jié)構(gòu)?？蓪⑦@種方法擴(kuò)展以在近場中產(chǎn)生用于結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的菲涅耳全息圖，這對于無透鏡光學(xué)構(gòu)造特別有用。如上所述，菲涅耳全息術(shù)提供了能夠無透鏡投影的額外優(yōu)點(diǎn)，這是由于全息圖自身對調(diào)焦元件進(jìn)行編碼，因此與傳統(tǒng)投影顯示系統(tǒng)相比可以明顯地節(jié)約重量、成本和尺寸。離散菲涅耳變換與傅立葉變換緊密相關(guān)，并描述了在以波長為λ的相干光照射時，由全息圖Gxy(尺寸為X×Y，相應(yīng)的像素大小為Δx和Δy)在距離f處產(chǎn)生的近場Txy。當(dāng)成像不是太靠近全息圖時，該變換表示為Txy=jλfexp(-jπλf[x2X2Δx2+y2Y2Δy2])×F[Gxyexp(-jπλf(x2Δx2+y2Δy2))]]]>相應(yīng)的反變換為Gxy=exp(jπλf(x2Δx2+y2Δy2))×F-1[Txyλfjexp(jπλf[x2X2Δx2+y2Y2Δy2])]]]>因而，如果處理塊(4)提供Gxy(n)以使Gxy=exp(jπλf[x2Δx2+y2Δy2])×F-1[Txyλfjexp(jπλf[x2X2Δx2+y2Y2Δy2])]]]>則產(chǎn)生菲涅耳全息圖，其在與全息圖相隔指定距離f處形成目標(biāo)圖像?？梢愿膭由鲜黾夹g(shù)以產(chǎn)生用于3D全息視頻顯示的3D全息圖。對象的3D全息圖僅是在對象前面的平面處的復(fù)合電磁場(由通過對象散射的光產(chǎn)生)的記錄。依據(jù)惠更斯原理，如果已知平面P上的EM場分布，則惠更斯小波可以經(jīng)由空間傳播以估算3D空間中任意點(diǎn)處的場。這樣，平面全息圖對在平面的前方以任意位置和角度觀看對象所需的所有信息進(jìn)行編碼，從而在理論上，不能光學(xué)地辨別對象。實(shí)際上，記錄介質(zhì)的像素分辨率的局限限制了視角θ，該視角θ在2D的情況下與像素大小Δ相反地變化。假定一個平面，其垂直于z軸，與原點(diǎn)相交，并且在該平面后面的位置(X，Y，Z)處具有波長為λ、振幅為A的一個點(diǎn)光源發(fā)射器。該平面上的位置(x，y)處出現(xiàn)的場F、即全息圖表示為F(x,y)=ZAjλr2exp(2πjλr),]]>其中r=(x-X)2+(y-Y)2+Z2]]>如果將3D場景當(dāng)作(Xi，Yi，Zi)處幅度為Ai的M個光源，則EM傳播的線性特性使全場全息圖F為F(x,y)=Σi=1MZiAijλri2exp(2πjλri),]]>其中ri=(x-Xi)2+(y-Yi)2+Zi2]]>如果F(x，y)在區(qū)域xmin≤x≤xman，ymin≤y≤ymax上取樣以形成m×m全息圖Fxy，則可得到Fxy=Σi=1MZiAijλri2exp(2πjλri),]]>其中ri=(xmin+xxmax-xminm-Xi)2+(ymin+yymax-yminm-Yi)2+Zi2]]>從而，在此出現(xiàn)如上所述的算法(具有SLM相位掩膜)，其產(chǎn)生用于點(diǎn)光源的給定陣列的N個全視差(full-parallax)3D全息圖Hxy(n)。使Fxy(n)=Σi=1MZiAijλri2exp(Φi(n)j+2πjλri),]]>其中ri如上述，Φi(n)在0與2π之間均勻分布，且1≤n≤N，1≤i≤M。使Gxy(n)=Fxy(n)Pxy,]]>其中Pxy是在前面部分中描述的預(yù)先計算的[1，j]相位掩膜。使R為最小正實(shí)數(shù)，以使|Gxy(n)|≤R∀x,y,n.]]>由于由Gxy(n)取的各值均為有窮，因此R存在，從而Gxy(n)具有緊湊支撐(compactsupport)。使Mxy(n)=|α+Gxy(n)|,]]>其中α是實(shí)數(shù)且遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于R。使其中Q(n)=median(Mxy(n)).]]>為了驗(yàn)證該算法，假定計算以平面P的原點(diǎn)為中心、分辨率為512×512、大小為2mm×2mm的N＝8的全息圖，給出像素大小為Δ＝4μm，從而在相干紅光照射(λ＝632nm)的情況下，視角為大約9度。使用的3D場景是一組944個點(diǎn)光源，其形成尺寸為12cm×12cm×18cm的金屬框立方體(wireframecuboid)，并位于距離平面1.91m的位置處。通過經(jīng)由孔隙(pinholeaperture)K依次從N個全息圖傳播惠更斯小波至虛擬屏幕(virtualscreen)(垂直于從立方體的中心至該孔的直線的平面)上、并在屏幕上記錄時均灰度分布來計算產(chǎn)生的模擬RPF。遺憾的是，與所述用于2D的算法相比，上述3D算法中的步驟一的計算對于不具有極小數(shù)量點(diǎn)光源的場景，利用當(dāng)前的硬件消費(fèi)品可能不能實(shí)時地實(shí)現(xiàn)。但是，可以計算并存儲由該算法產(chǎn)生的所需全息圖，以實(shí)時調(diào)用。盡管已發(fā)現(xiàn)可以以表明不需要這種計算的方式優(yōu)化計算，但可能需要更有效的計算以產(chǎn)生實(shí)時三維全息圖。上面詳細(xì)描述的全息投影方法可實(shí)現(xiàn)在硬件中。在寫入時，可使用商業(yè)上可得到的代碼對商業(yè)上可得到的FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)進(jìn)行編程，以足夠用于全彩色視頻(25幀/秒，3色平面，N＝32)的至少2400幀/秒的速度計算512×512傅立葉變換。對于顯示裝置，商業(yè)上可得到的SLM可以以至少512×512的分辨率顯示足夠的幀頻。可以使用分立的多個照明裝置，其中需要多種色彩，例如用于全色顯示?？蛇x地，也可以代替地使用能夠輸出多種色彩的單個裝置。已確定兩個重要的設(shè)計問題。首先，由于相位全息元件中的光學(xué)損失很小并且保存了全部能量，因此幾乎所有入射的光學(xué)能量均進(jìn)入RPF。從而，假定全部能量在RPF中的各“點(diǎn)亮(on)”像素之間近似均勻分布，則具有較少“點(diǎn)亮”點(diǎn)的目標(biāo)RPF看起來比具有較多“點(diǎn)亮”點(diǎn)的目標(biāo)RPF更亮。因此，控制器根據(jù)各幀中“點(diǎn)亮”點(diǎn)的數(shù)量相應(yīng)地調(diào)制光源的強(qiáng)度，以在多個幀之間獲得均勻的總亮度。激光的直接調(diào)幅由于非線性特性而不理想，因而在實(shí)施例中，這種調(diào)幅由脈寬調(diào)制代替，該脈寬調(diào)制在每400μs脈沖間隔內(nèi)的占空比與理想亮度成正比，以獲得所需的平均灰度。其次，一個設(shè)計問題由RPF的大小與照明波長之間的關(guān)系產(chǎn)生。在一個實(shí)施例中，通過透鏡系統(tǒng)來校正光源的三個波長的色差來克服這個問題；在另一個實(shí)施例中，通過使用菲涅耳全息術(shù)將對這種效應(yīng)的補(bǔ)償直接建入全息圖中來克服。本發(fā)明的方法的結(jié)果顯示出，在仿真中RPF顯示出的噪聲能量比DBS的噪聲能量低兩個數(shù)量級，并且計算時間比DBS的計算時間快六個數(shù)量級。試驗(yàn)結(jié)果與理論一致，并且即使利用非常古老的鐵電SLM設(shè)計的測試裝置，對于全息產(chǎn)生的圖像也能顯示出以前未證實(shí)的對比度和精確度的水平。使用硬接線快速傅立葉變換處理器的算法的可選種類是諸如喬思貝格-薩克斯通算法之類的直接迭代優(yōu)化算法。這些算法將在下面更詳細(xì)地討論，并全部屬于公知的乒乓算法(ping-pongalgorithm)種類，乒乓算法還包括本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的例如IFTA、輸入/輸出算法類型。在這些算法中，起點(diǎn)是隨機(jī)相位分布或其它確定的相位分布，例如某種二進(jìn)制化的預(yù)定相位分布及其上進(jìn)行的快速傅立葉變換(FFT)，以提供改進(jìn)的相位分布來代替最初的相位分布。循環(huán)迭代直到FFT二進(jìn)制化的相位分布接近期望的目標(biāo)分布。可選地，通常假定處于GS算法開始時的隨機(jī)相位分布可由從前一個幀繼承的相位分布代替。當(dāng)嘗試最小化獲得良好相息圖所需的迭代次數(shù)時，這一點(diǎn)特別有益。當(dāng)視頻幀包括連續(xù)的一系列子幀時，對于這些子幀也具有同樣的效果?？蛇x地，可以使用諸如單向迭代優(yōu)化算法(單像素改變和成本函數(shù)測試)之類的算法，例如直接二進(jìn)制查找和模擬退火，這些技術(shù)對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員也是公知的，在此不詳加描述。相息圖能以一系列方式以及可選的改進(jìn)方式(將在下面描述)實(shí)時產(chǎn)生。如上所述，期望以M×實(shí)時來產(chǎn)生全息圖，其中M表示用于噪聲減小、并用于將在下面更詳細(xì)描述的灰度(grey-scale)/色彩再現(xiàn)的時間多路復(fù)用因子。算法的執(zhí)行可以以一系列方式加速。在包括全息圖分割的第一方法中，初始的未優(yōu)化全息圖被細(xì)分為相等的多個區(qū)域，這些區(qū)域根據(jù)在此描述的算法獨(dú)立地并行優(yōu)化。由于在很多例子中，處理時間與像素數(shù)量的平方成正比，因此這樣可以相應(yīng)地減少并行處理器中分配的處理時間。除了空間分割以外，全息圖能夠以任意適當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行分解。另外，本領(lǐng)域的技術(shù)人員還公知的是，可以在已定義了復(fù)全息圖之后，應(yīng)用諸如誤差擴(kuò)散和約束集上投影(POCS)之類的量化過程。在所有情況下，應(yīng)當(dāng)理解，在對全息圖進(jìn)行分割或其它分解以優(yōu)化并行處理之后，將分解的部分加起來以提供完全的重構(gòu)圖像?？梢酝ㄟ^在處理器中使用用于進(jìn)行優(yōu)化的專用硬件來執(zhí)行并加速所有這些算法，所述專用硬件例如為任意適當(dāng)?shù)墓愋偷腇FT處理器、FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)板、DCT(離散余弦變換)處理器或DSP(數(shù)字信號處理)板。調(diào)制方案和相息圖的產(chǎn)生還應(yīng)理解，可以執(zhí)行各種可能的調(diào)制方案，以使用如上所述的二進(jìn)制或多級量化在SLM上再現(xiàn)相息圖。特別地，可以采用調(diào)制方案以在連續(xù)紅、綠、藍(lán)照射的情況下使重構(gòu)的全息圖給出彩色的灰度圖像。根據(jù)直接調(diào)制方案，直接調(diào)制SLM以提供色彩和/或灰度。特別地，使用快速SLM裝置以提供二進(jìn)制或多級全息圖的幀連續(xù)多路復(fù)用，從而提供增強(qiáng)的灰度和幀連續(xù)色彩以及如將在下面詳細(xì)描述的減小噪聲的能力。可選地，可以調(diào)制照明光源，并且SLM可以使用全息圖，該全息圖在二進(jìn)制位平面上重放，以使光調(diào)制停留時間或光強(qiáng)度根據(jù)位平面的重要性、例如按照幀連續(xù)灰度級(FSGS)方案而變化。另外可選地，根據(jù)幀連續(xù)色彩(FSC)方案，顯示可以采用應(yīng)用紅、綠、藍(lán)(RGB)連續(xù)照射或發(fā)光二極管(LED)而不是白色光源的其它色彩方案的調(diào)制方案，在這種情況下，它們與專用于一給定色彩的全息圖同步。諸如這些方案對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員是公知的，并且在此不加以詳述。另外，期望減小投影或顯示圖像中的噪聲。噪聲源可以分類為系統(tǒng)的和非系統(tǒng)的。系統(tǒng)源包括SLM中的相位再現(xiàn)誤差和不均勻性。非系統(tǒng)源包括由執(zhí)行優(yōu)化算法產(chǎn)生的噪聲以及二進(jìn)制化誤差。如上所述，在SLM上使用多級量化明顯減小了二進(jìn)制化噪聲，并且，由于對算法的約束減少從而提供很大的查找空間，因此還減小了由優(yōu)化算法引入的噪聲。進(jìn)一步的多級量化減小了來自相位再現(xiàn)誤差的噪聲。另外，應(yīng)用了噪聲平均或噪聲消除技術(shù)，其中噪聲平均以降低對比度為代價傳播噪聲效果，而噪聲消除在不降低對比度、但增加處理負(fù)擔(dān)的情況下減小噪聲。第一噪聲平均方法包括上面詳細(xì)描述的算法，在該算法中具有獨(dú)立噪聲場的一連串子幀可減小噪聲。可選的方法是執(zhí)行諸如上述喬思貝格-薩克斯通算法之類的、將一些或所有迭代作為子幀的迭代優(yōu)化算法。各子幀均顯示統(tǒng)計噪聲獨(dú)立，以使連續(xù)顯示子幀可減小噪聲。本領(lǐng)域的技術(shù)人員更熟悉喬思貝格-薩克斯通算法的執(zhí)行。特別地，可以看出各子幀是單次迭代的結(jié)果或基于由先前通過(pass)而產(chǎn)生的相位分布的算法的“通過”?？梢钥闯?，可以使用算法產(chǎn)生具有在子幀之間顯示的各迭代的子幀，以提供子幀級噪聲減小，或者可以使用迭代產(chǎn)生幀，并以類似方式在幀之間顯示。可以將連續(xù)位平面和色彩子幀用于繼承相位分布的目的，以提供比假設(shè)用于各子幀的隨機(jī)相位分布更好的結(jié)果。如果將子幀用于其它目的(例如由于它們有利于全息圖的計算)，從而也可以將該原理應(yīng)用于這種情況。另外可選地，可以通過對整個重放圖像的連續(xù)分解進(jìn)行平均來獲得噪聲平均。例如，如上所述，可以通過色彩分解圖像，并且多路復(fù)用或相加以提供完整的圖像，在這種情況下，噪聲將減小。可以執(zhí)行可選的子幀連續(xù)位平面，或者實(shí)際上可以使用像素的整個集合的任意一組子集以提供整個圖像，但連續(xù)再現(xiàn)以提供噪聲平均。通常，當(dāng)投影這種連續(xù)幀以產(chǎn)生視頻圖像時，會產(chǎn)生噪聲平均。這減小了對單個幀中存在的任何噪聲的可見影響。不管幀是否由相息圖產(chǎn)生，上述情況均成立，但當(dāng)幀是由相息圖產(chǎn)生時尤其有效(由于在這種情況下噪聲級通常存在于各幀內(nèi))。如果幀由連續(xù)存在的子幀構(gòu)成，則上述情況也成立，因?yàn)楝F(xiàn)在噪聲在幀與子幀上都被平均并被優(yōu)化，從而通過在投影時最小化圖像幀或子幀中的噪聲量并最大化它們的效率，獲得最佳質(zhì)量的計算機(jī)生成相息圖，其中產(chǎn)生了多級量化幀或子幀?？梢詫Φ谝粠蜃訋瑘?zhí)行該方法的實(shí)例包括以下步驟1)假定實(shí)像中所有實(shí)像素上均為隨機(jī)相位分布。2)進(jìn)行全離散快速傅立葉變換(FFT)。3)去除實(shí)部，并對虛部進(jìn)行FFT。4)這給出了實(shí)像的第一次迭代(將被去除)，以及與其相關(guān)的稱為P1的改進(jìn)相位分布。5)對加上新虛部的實(shí)像進(jìn)行FFT。6)去除實(shí)部?，F(xiàn)在虛部被當(dāng)作用于幀1的相位全息圖。對于下一個幀或子幀，很可能與第一個幀或子幀非常類似。因此，現(xiàn)在相位分布P1與下一個幀相關(guān)，并使用實(shí)數(shù)的下一個幀和P1進(jìn)行FFT。假設(shè)幀與幀很可能都類似，則可以對大量幀繼續(xù)上述處理。間或地，整個處理通過返回步驟1(但由于任意繼承的相位分布可能較好，因此通常在重新起動序列時可能不必須使用隨機(jī)相位分布)連續(xù)地重復(fù)。用于重復(fù)該序列的一個原因可能是因?yàn)樽罱K所述場景將改變，并且繼承的相位分布不再適用，因此其需要在步驟2和3中重新產(chǎn)生?？蛇x地，該處理可以比上述更頻繁地重復(fù)返回步驟1，以在即使沒有實(shí)質(zhì)上改變場景的情況下，也能持續(xù)改進(jìn)繼承的相位分布。因而，通常使處理盡可能多次地重復(fù)返回步驟1，限定特征(limitingfeature)是執(zhí)行快速傅立葉變換所需的時間。當(dāng)嘗試最小化獲得較好相息圖所需的迭代次數(shù)時，這一點(diǎn)尤其有益?？梢詫⑾嗤脑響?yīng)用于某些類型的子幀，所述子幀可以依次被投影以構(gòu)成各完整的視頻幀。在幀連續(xù)色彩投影系統(tǒng)中，這些子幀的實(shí)例可以包括紅、綠、藍(lán)子幀(其與眼睛配合以提供完整的色彩圖像)。它們還可以包括(二進(jìn)制)位平面，所述位平面可以依次被投影以獲得灰度級圖像(例如對每個色彩)。在這種情況下，通過改變投影光源的強(qiáng)度，對進(jìn)行投影的各位平面提供適當(dāng)?shù)亩M(jìn)制加權(quán)。如果全息圖的多周期復(fù)制品而不是僅僅一個復(fù)制品由投影儀激光光源照射，則以上述或其它方式計算的相息圖將被改進(jìn)。在噪聲消除的情況下，產(chǎn)生的全息圖的分辨率可以比目標(biāo)圖像的分辨率更高。這導(dǎo)致因?yàn)橄嘞D優(yōu)化算法而引入了準(zhǔn)周期模式，各模式與其鄰近模式均具有微小的區(qū)別特征，從而可以進(jìn)一步減小噪聲。另一個可選的噪聲消除技術(shù)包括將全息圖或一組全息圖在SLM上空間多路復(fù)用，或?qū)蝹€全息圖在OASLM上空間多路復(fù)用。這進(jìn)一步使全息圖中的像素增多，從而提高了重放質(zhì)量。一種這樣的方法在以下文獻(xiàn)中描述，該文獻(xiàn)為L.B.Lesem、P.M.Hirsch、J.A.Jordan的“用于3-D顯示的全息圖的計算機(jī)合成(Computersynthesisofhologramsfor3-Ddisplay)”，Commun.ACM，11，661-674(1968)。例如，可以理解，如上所述產(chǎn)生的子幀可以空間多路復(fù)用，即各子幀可以并置在OASLM上，然后重新組合為單個幀，從而進(jìn)一步減小噪聲并提高圖像質(zhì)量。特別適用于系統(tǒng)噪聲源的另一個方法包括適當(dāng)形成來自照明光源的光束波前，以補(bǔ)償公知的系統(tǒng)誤差。可將這些誤差識別為校準(zhǔn)級(calibrationstage)，從而執(zhí)行適當(dāng)?shù)牟ㄐ涡纬晒鈱W(xué)器件。應(yīng)當(dāng)理解，上述實(shí)施例的各個元件可以為任意合適的光學(xué)元件或其它元件。例如，處理裝置包括運(yùn)行代碼以能夠執(zhí)行所需函數(shù)的現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)。在其它實(shí)施例中使用ASIC，在另外的實(shí)施例中使用編程通用計算機(jī)。LCOS可以包括由單獨(dú)的處理器驅(qū)動的可調(diào)制像素陣列。在可選的結(jié)構(gòu)中，處理硬件可以結(jié)合在LCOS的底面(backplane)，以提供完全一體化的裝置，其僅需要視頻輸入。通過上述實(shí)施例，可以提供具有增強(qiáng)亮度功效和圖像質(zhì)量的快速、噪聲減小的實(shí)時視頻全息投影儀。根據(jù)本發(fā)明的另一個實(shí)施例，可以使用如圖11所示的純相位圖像獲得無損光投影。準(zhǔn)直光束1102照射純相位SLM1104，該純相位SLM1104顯示調(diào)相的、直接(非全息)再現(xiàn)的圖像。調(diào)相的輸出光束通過光學(xué)器件1106聚焦在位于傅立葉平面的相襯濾波器(phasecontrastfilter)1108上，接著經(jīng)由另一個光學(xué)器件1110將光束聚焦在成像平面1112上。因此，如果對象的相位圖像在SLM上出現(xiàn)，那么經(jīng)由示出的4f成像系統(tǒng)投影，則可以提供具有高通過效率的調(diào)幅圖像?？梢蕴峁┤我夂线m的、光譜陡峭的窄帶照射，并且由于不需要相干性，因此可以使用可選的激光光源，其能減小由光斑產(chǎn)生的噪聲。在優(yōu)選實(shí)施例中，執(zhí)行多級調(diào)制以提供灰度圖像。應(yīng)當(dāng)理解，上述實(shí)施例可以使用于任意顯示器或包括背面和正面投影的投影儀應(yīng)用，并且涉及任意定期刷新的圖像，特別是期望實(shí)時處理相息圖的相應(yīng)序列的圖像。應(yīng)當(dāng)理解，在上述說明中，術(shù)語“像素”的使用涵蓋了任意形狀或分布的任意適當(dāng)?shù)目烧{(diào)制和可尋址元件。在此，當(dāng)使用術(shù)語“像素”時，并不是任意直接可以觀看到的圖片內(nèi)容均能夠在相關(guān)的元件上可見。應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明可以擴(kuò)展到執(zhí)行處理步驟的計算機(jī)程序產(chǎn)品，執(zhí)行這些步驟的任意計算機(jī)或處理器，以及存儲或能夠提供計算機(jī)程序的任意計算機(jī)可讀介質(zhì)，例如諸如CD-ROM之類的介質(zhì)存儲裝置，或者從遠(yuǎn)端服務(wù)器計算機(jī)可有線或無線下載的形式。權(quán)利要求1.一種顯示包括多個視頻幀的全息生成視頻圖像的方法，該方法包括向各個幀周期提供各自連續(xù)的多個全息圖，并顯示所述多個視頻幀的全息圖，用于觀看其重放場，由此，通過平均化所述多個全息圖，各個幀的噪聲差異被察覺為減小的。2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，向各個幀周期提供各自連續(xù)的多個全息圖的步驟包括通過執(zhí)行具有單個計算灰度的步驟的算法生成各個全息圖。3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，該單個計算灰度的步驟為傅立葉變換步驟。4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中，對于各所述多個經(jīng)像素化的全息圖，該算法設(shè)置為a)形成第一數(shù)據(jù)，該第一數(shù)據(jù)的幅度等于期望像素的幅度；b)對該第一數(shù)據(jù)進(jìn)行反傅立葉變換以提供第二數(shù)據(jù)；c)在復(fù)平面內(nèi)沿實(shí)軸方向充分地移動該第二數(shù)據(jù)以形成第三數(shù)據(jù)集，該第三數(shù)據(jù)集中各數(shù)據(jù)點(diǎn)的相位??；d)將該第三數(shù)據(jù)集的量值形成為第四數(shù)據(jù)集；以及e)將該第四數(shù)據(jù)集二進(jìn)制化以形成第五數(shù)據(jù)集，用于顯示為所述全息圖。5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中，將該第四數(shù)據(jù)集二進(jìn)制化的步驟包括將閾值設(shè)定在該第四數(shù)據(jù)集的中值附近，由此，該第五數(shù)據(jù)集具有直流平衡和低重構(gòu)誤差。6.如權(quán)利要求4或5所述的方法，其中，顯示裝置包括空間光調(diào)制器，該空間光調(diào)制器具有強(qiáng)加0和π/2相移的像素化相位掩膜，該算法設(shè)置為生成四相全息圖，各像素取值為[1，j，-1，-j]中之一。7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中，該相位掩膜的像素值為空間隨機(jī)的。8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，步驟b包括對該第一數(shù)據(jù)進(jìn)行反傅立葉變換，并將相位掩膜值應(yīng)用于該第一數(shù)據(jù)，以提供第二數(shù)據(jù)。9.如上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中，該圖像為二維圖像。10.如權(quán)利要求3或任何引用權(quán)利要求3的權(quán)利要求所述的方法，還包括形成經(jīng)反傅立葉變換的第一數(shù)據(jù)的實(shí)部和虛部，以形成兩個第二數(shù)據(jù)集，由此，每一個傅立葉變換步驟產(chǎn)生兩個全息圖。11.一種設(shè)備，構(gòu)成并設(shè)置為顯示包括多個視頻幀的全息生成視頻圖像，該設(shè)備包括處理裝置，設(shè)置為向各個幀周期提供各自連續(xù)的多個全息圖；以及顯示裝置，設(shè)置為接收各個幀的連續(xù)的多個全息圖，并顯示視頻圖像的多個視頻幀的全息圖，用于觀看其重放場，由此，通過平均化所述多個全息圖，各個幀的噪聲差異被察覺為減小的。12.如權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中，該處理裝置設(shè)置為通過執(zhí)行具有單個計算灰度的步驟的算法生成各個所述全息圖。13.如權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中，該單個計算灰度的步驟為傅立葉變換步驟。14.如權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中，對于各所述多個經(jīng)像素化的全息圖，該算法設(shè)置為a)形成第一數(shù)據(jù)，該第一數(shù)據(jù)的幅度等于期望像素的幅度；b)對該第一數(shù)據(jù)進(jìn)行反傅立葉變換以提供第二數(shù)據(jù)；c)在復(fù)平面內(nèi)沿實(shí)軸方向充分地移動該第二數(shù)據(jù)以形成第三數(shù)據(jù)集，該第三數(shù)據(jù)集中各數(shù)據(jù)點(diǎn)的相位??；d)將該第三數(shù)據(jù)集的量值形成為第四數(shù)據(jù)集；以及e)將該第四數(shù)據(jù)集二進(jìn)制化以形成第五數(shù)據(jù)集，用于顯示為所述全息圖。15.如權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中，將該第四數(shù)據(jù)集二進(jìn)制化的步驟包括將閾值設(shè)定在該第四數(shù)據(jù)集的中值附近，由此，該第五數(shù)據(jù)集具有直流平衡和低重構(gòu)誤差。16.如權(quán)利要求11、12或13所述的設(shè)備，其中，該顯示裝置包括空間光調(diào)制器，該空間光調(diào)制器具有強(qiáng)加0和π/2相移的像素化相位掩膜，該算法設(shè)置為生成四相全息圖，各像素取值為[1，j，-1，-j]中之一。17.如權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其中，該相位掩膜的像素值為空間隨機(jī)的。18.如權(quán)利要求17所述的設(shè)備，其中，步驟b包括對該第一數(shù)據(jù)進(jìn)行反傅立葉變換，并將相位掩膜值應(yīng)用于該第一數(shù)據(jù)，以提供第二數(shù)據(jù)。19.如權(quán)利要求14或任何引用權(quán)利要求14的權(quán)利要求所述的設(shè)備，還包括形成經(jīng)反傅立葉變換的第一數(shù)據(jù)的實(shí)部和虛部，以形成兩個第二數(shù)據(jù)集，由此，每一個傅立葉變換步驟產(chǎn)生兩個全息圖。20.一種生成像素化全息圖的方法，該方法包括形成第一數(shù)據(jù)集，所述第一數(shù)據(jù)集的元素各自的幅度等于各自期望像素的幅度；對該第一數(shù)據(jù)集進(jìn)行反傅立葉變換以提供第二數(shù)據(jù)集；在復(fù)平面內(nèi)沿實(shí)軸方向充分地移動該第二數(shù)據(jù)集以形成第三數(shù)據(jù)集，該第三數(shù)據(jù)集中各數(shù)據(jù)點(diǎn)的相位小；將該第三數(shù)據(jù)集的量值形成為第四數(shù)據(jù)集；以及將該第四數(shù)據(jù)集二進(jìn)制化以形成第五數(shù)據(jù)集，用于顯示為所述全息圖。21.如權(quán)利要求20所述的方法，其中，將該第四數(shù)據(jù)集二進(jìn)制化的步驟包括將閾值設(shè)定在該第四數(shù)據(jù)集的中值附近，由此，該第五數(shù)據(jù)集具有直流平衡和低重構(gòu)誤差。22.如權(quán)利要求20或21所述的方法，其中，顯示裝置包括空間光調(diào)制器，該空間光調(diào)制器具有強(qiáng)加0和π/2相移的像素化相位掩膜，該算法設(shè)置為生成四相全息圖，各像素取值為[1，j，-1，-j]中之一。23.如權(quán)利要求20所述的方法，其中，該相位掩膜的像素值為空間隨機(jī)的。24.如權(quán)利要求20或21所述的方法，還包括將相位掩膜值應(yīng)用于第一數(shù)據(jù)，以提供第二數(shù)據(jù)。25.如權(quán)利要求20至24中任一項(xiàng)所述的方法，其中，圖像為二維圖像。26.如權(quán)利要求20至25中任一項(xiàng)所述的方法，還包括形成經(jīng)反傅立葉變換的第一數(shù)據(jù)的實(shí)部和虛部，以形成兩個第二數(shù)據(jù)集，由此，每一個傅立葉變換步驟產(chǎn)生兩個全息圖。全文摘要一種顯示視頻圖像的方法，該方法包括接收連續(xù)圖像幀至處理器的步驟。處理各圖像幀以獲得相息圖。諸如SLM(206)之類的可編程衍射元件再現(xiàn)相息圖序列，以允許使用合適的照明光束(200，202)進(jìn)行圖像再現(xiàn)(208)。文檔編號G03H1/00GK101034279SQ20061015408公開日2007年9月12日申請日期2004年12月15日優(yōu)先權(quán)日2003年12月15日發(fā)明者威廉·克羅斯蘭,尼爾·科林斯,愛德華·巴克利,阿德里安·凱布爾,尼古拉斯·勞倫斯,彼得·馬什,蒂莫西·威爾金森申請人:劍橋大學(xué)技術(shù)服務(wù)有限公司