一種基于向內(nèi)傳播模型的柱面計算全息記錄方法
【專利摘要】本發(fā)明提出基于向內(nèi)傳播模型的柱面計算全息記錄方法。首先，建立同軸雙柱面的向內(nèi)傳播模型，內(nèi)柱面作為全息記錄面，而外柱面作為物體的任意一層切面，這樣被記錄的物體的尺寸就不會受到限制；接著，利用點(diǎn)源法計算得到全息記錄面上物光的光場分布；然后，以半徑接近于零的同軸內(nèi)柱面作為參考光，利用點(diǎn)源法計算得到全息記錄面上參考光的光場分布；最后，全息記錄面上物光與參考光的光場相疊加就得到計算全息圖。應(yīng)用該發(fā)明的方法得到的全息圖再現(xiàn)時，具有最大360°的視角和被記錄物體大小不受限制的三維顯示特性。
【專利說明】 一種基于向內(nèi)傳播模型的柱面計算全息記錄方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種全息記錄方法，具體涉及一種基于向內(nèi)傳播模型的柱面計算全息記錄方法。

【背景技術(shù)】
[0002]全息三維顯示可提供人眼所能感知的全部深度暗示，是符合人眼觀看習(xí)慣的理想三維可視化手段。與傳統(tǒng)的光學(xué)全息技術(shù)相比，計算全息技術(shù)避開了全息實(shí)際記錄光路的限制，不僅可以顯示虛擬物體，而且可以顯示真實(shí)場景，具有制作簡單、效率高、成本低和便于信息的存儲和傳輸?shù)蕊@著優(yōu)點(diǎn)。但是計算全息三維顯示目前還存在視角受限、被記錄物體受限等制約。
[0003]2008年，韓國首爾大學(xué)提出了利用曲線式陣列空間光調(diào)制器(SLM)實(shí)現(xiàn)全息3D再現(xiàn)像水平視角的擴(kuò)展，通過在SLM前添加曲線陣列式透鏡組，加載全息圖到SLM并控制顯示時序，再現(xiàn)像的水平視角可達(dá)到22.8°。2011年，比利時的Stahl等學(xué)者通過研究高分辨率的調(diào)制器，實(shí)現(xiàn)了在一塊芯片上制作100萬個微衍射裝置(DND)的目標(biāo)，其像素尺寸在Iym以下，再現(xiàn)像的視角達(dá)到30°。
[0004]為了徹底突破平面計算全息的視角問題，2005年，日本筑波大學(xué)提出了一種能實(shí)現(xiàn)360°視角的柱面計算全息的記錄方法，該方法首次建立了基于向外傳播模型的柱面全息記錄方法。2010年，日本宇都宮大學(xué)針對該柱面全息記錄方法，提出了基于頻域的快速算法，進(jìn)一步推動了柱面計算全息的應(yīng)用發(fā)展。但是，此類全息記錄方法仍然存在被記錄物體尺寸受限的缺點(diǎn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對上述柱面計算全息記錄方法存在的被記錄物體尺寸受限的缺點(diǎn)，提出一種基于同軸雙柱面向內(nèi)傳播模型的柱面計算全息記錄方法。
[0006]該方法通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
第一，建立同軸雙柱面的向內(nèi)傳播模型，內(nèi)柱面作為全息記錄面，而外柱面作為三維物體的任意一層柱面切面，這樣被記錄的物體的尺寸就不會受到限制。
[0007]第二，利用點(diǎn)源法計算全息記錄面上物光的光場分布，即:假設(shè)三維物面是點(diǎn)光源的集合，而物光在全息記錄面上的任意一點(diǎn)的光場分布則是物面上所有的點(diǎn)光源向內(nèi)傳播到該全息記錄點(diǎn)上光場分布內(nèi)法線方向分量的累加，在全息記錄面上重復(fù)以上過程則可以得到全息記錄面上所有記錄點(diǎn)的物光光場分布；其中，向內(nèi)傳播模型的外柱面只是三維物體的任意一個切面，每個切面皆可應(yīng)用上述方法去計算該層切面的物光在全息記錄面上的光場分布，將所有的切面上的物光在全息記錄面上的光場分布累加即可得到整個三維物體在全息記錄面上的光場分布。
[0008]第三，建立同軸內(nèi)柱面的參考光模型，它優(yōu)先考慮柱面半徑接近于零，高度與柱面模型垂軸相等，柱面上所有點(diǎn)外法線的集合構(gòu)成參考光，這樣參考光就近似是點(diǎn)光源組成的線光源，而參考光在全息記錄面上的任意一點(diǎn)的光場分布則是參考光模型上所有的點(diǎn)光源向外傳播到該全息記錄點(diǎn)上光場分布外法線方向分量的累加，在全息記錄面上重復(fù)以上過程則可以得到全息記錄面上參考光的光場分布。
[0009]第四，全息記錄面上的物光光場與參考光光場相疊加(干涉)就可以得到全息記錄面上的光場分布，經(jīng)過編碼處理即得到全息圖。
[0010]該發(fā)明在應(yīng)用過程中可以只選取柱面模型的一部分，例如三分之一即120°的柱面，即可實(shí)現(xiàn)120°的視角顯示。
[0011]此外，本發(fā)明的向內(nèi)傳播模型中，物光和參考光可以是可見光，也可以是不可見光，理論上任何波長的電磁波都適用。
[0012]本發(fā)明計算生成的全息圖從類型上，可以是菲涅爾全息圖或者傅里葉全息圖，也可以是像全息圖。
[0013]本發(fā)明的記錄方法得到的全息圖再現(xiàn)時，由于是柱面的全息圖，它自然就具有最大360°的視角；由于記錄方式是向內(nèi)傳播，全息記錄面在內(nèi)，而被記錄物體在外面，因而被記錄物體的尺寸就不會受到限制。
[0014]附圖的說明
附圖1為基于向內(nèi)傳播模型的柱面計算全息記錄方法的數(shù)學(xué)模型及幾何關(guān)系示意圖。
[0015]附圖2是以字符“Sichuan University”圖為柱面圖像。
[0016]上述附圖中的圖示標(biāo)號為:
1:三維物面,2:全息記錄面,3:三維物面半徑:全息記錄面半徑5:三維物面上任意一點(diǎn)P，6:上任意一點(diǎn)Q，7:三維物面上任意一點(diǎn)P在xoy平面上的投影點(diǎn)與ox軸的夾角1，8:全息記錄面上任意一點(diǎn)Q在xoy平面上的投影點(diǎn)與ox軸的夾角〃ρ,9:三維物面上任意一點(diǎn)P與全息記錄面上任意一點(diǎn)Q的幾何距離dPQ注:上述附圖只是示意性的，并沒有按比例繪制。

【具體實(shí)施方式】
[0017]現(xiàn)在將參照附圖，對本明本發(fā)明做進(jìn)一步的闡述是:
附圖1是一種基于向內(nèi)傳播模型的柱面計算全息記錄方法的數(shù)學(xué)模型及幾何關(guān)系示意圖。其中外柱面為三維物面，半徑為內(nèi)柱面為全息記錄面，半徑為^ ;參考光模型為半徑接近于零的柱面，半徑為r0趨于O ;模型的高度為H, ο為Z7Z坐標(biāo)系的原點(diǎn)，也是柱面坐標(biāo)系的原點(diǎn)。
[0018]假設(shè)Z7點(diǎn)是物面上的任意一點(diǎn)，其柱面坐標(biāo)系的坐標(biāo)為Z1) ; 0點(diǎn)是全息記錄面上的任意一點(diǎn)，其柱面坐標(biāo)系的坐標(biāo)為扒z2~) W點(diǎn)是參考光模型面上的任意一點(diǎn)，其柱面坐標(biāo)系的坐標(biāo)為Z0);根據(jù)如圖所示的幾何關(guān)系分析，產(chǎn)點(diǎn)與0點(diǎn)之間的距離為Orw，其計算公式為:

【權(quán)利要求】
1.一種基于向內(nèi)傳播模型的柱面計算全息記錄方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟:首先，建立同軸雙柱面的向內(nèi)傳播模型，內(nèi)柱面作為全息記錄面，而外柱面作為物體的任意一層切面；其次，利用點(diǎn)源法計算全息記錄面上物光的光場分布；然后，建立參考光模型，它優(yōu)先是一個近似點(diǎn)光源組成的線光源，利用點(diǎn)源法計算全息記錄面上參考光的光場分布；最后，物光與參考光傳播到全息記錄面上的光場相干涉就可以得到全息圖。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種基于向內(nèi)傳播模型的柱面計算全息記錄方法，其特征在于，所述的向內(nèi)傳播模型的全息記錄面在內(nèi)部，位于向內(nèi)傳播模型外柱面的三維物體的光場是向內(nèi)傳播到達(dá)全息記錄面的；其中，向內(nèi)傳播模型的外柱面只是三維物體的任意一個切面，每個切面皆可應(yīng)用本發(fā)明的方法去計算該層切面的物光在全息記錄面上的光場分布，將所有的切面上的物光在全息記錄面上的光場分布累加即可得到整個三維物體在全息記錄面上的光場分布。
3.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種基于向內(nèi)傳播模型的柱面計算全息記錄方法，其特征在于，所述的參考光模型優(yōu)先考慮柱面半徑接近于零，高度與柱面模型垂軸相等，柱面上所有點(diǎn)外法線的集合構(gòu)成的參考光，該參考光近似是點(diǎn)光源組成的線光源。
4.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種基于向內(nèi)傳播模型的柱面計算全息記錄方法，所述的向內(nèi)傳播模型的形狀可以是完整的圓柱，也可以是一部分，對應(yīng)的全息圖再現(xiàn)時就具有相應(yīng)的部分可視角。
5.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種基于向內(nèi)傳播模型的柱面計算全息記錄方法，所述的物光和參考光可以是可見光，也可以是不可見光，理論上任何波長的電磁波都適用。
6.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種基于向內(nèi)傳播模型的柱面計算全息記錄方法，所述的向內(nèi)傳播模型計算生成的全息圖可以是菲涅爾全息圖或者傅里葉全息圖，也可以是像全息圖。
【文檔編號】G03H1/10GK104199266SQ201410330938
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年7月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月14日
【發(fā)明者】王君, 王瓊?cè)A 申請人:四川大學(xué)