專利名稱：計(jì)算機(jī)生成全息圖的編碼方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對空間光調(diào)制器(SLM)上的三維物體的計(jì)算機(jī)生成全 息圖(CGH)進(jìn)行編碼的方法，其中該物體的重建影像可以透過一個位于 觀察者位置平面中的觀察者視窗看見。CGH通過相位編碼表示，因此利 用一個轉(zhuǎn)換運(yùn)算法來進(jìn)行CGH控制值的迭代計(jì)算。三維物體的重建通過 讓充分相干的光在光調(diào)制器、例如相位調(diào)制式SLM的可控制像素上衍射 產(chǎn)生。本發(fā)明進(jìn)一步涉及一種包含有執(zhí)行編碼方法的機(jī)構(gòu)的全息顯示裝 置。
在本申請中，所謂的"SLM"表示一種用于通過調(diào)制由一個或多個獨(dú)立 光源所發(fā)出的光束來控制波場的強(qiáng)度(振幅)、色彩和/或相位的電子媒介。 該SLM包含有多個電子可控制像素，這些像素以規(guī)則的形態(tài)排列，并對 CGH進(jìn)行編碼。在本申請中，k個相鄰像素合并構(gòu)成一個有k個相位分子 的相位編碼元件。在此，將說明二相編碼以作為有k個分子的相位編碼的 范例。然而，本發(fā)明的說明同樣也適用于有大量分子的相位編碼。在申請 中，所謂的"轉(zhuǎn)換"應(yīng)包括任何適合用以產(chǎn)生光波傳播效果的轉(zhuǎn)換。這包括 例如菲涅爾轉(zhuǎn)換和傅里葉轉(zhuǎn)換。
背景技術(shù)：
三維物體在全息顯示裝置中的重建會受到重建誤差的負(fù)面影響，該誤 差例如根據(jù)所使用的顯示部件、例如振幅或相位調(diào)制式SLM由其它衍射 級的干涉光或CGH編碼方法所引起。修正或消除這樣的影響可以改善全 息顯示裝置中的重建品質(zhì)。
由本申請人申請的DE10 2004 063 838號尚未公開的專利申請中說明 了一種用來計(jì)算CGH的方法和用來在振幅調(diào)制式SLM上進(jìn)行相同編碼的
相應(yīng)裝置。利用合適的方法對CGH在振幅調(diào)制式SLM上進(jìn)行計(jì)算和編碼。 有可能利用這樣的設(shè)計(jì)達(dá)到良好的CGH重建品質(zhì)。和傳統(tǒng)的全息影像相 反的是，經(jīng)過編碼的CGH是根據(jù)二維物體層、也就是三維物體的平行斷 面的物體數(shù)據(jù)集所進(jìn)行的全息影像數(shù)據(jù)集的計(jì)算以及利用例如電腦的電 子儲存媒介中的電子裝置儲存的結(jié)果。物體數(shù)據(jù)集包含個別物體層中的多 個物體點(diǎn)的復(fù)相和振幅值，因此也就是該三維物體的整個物體信息?；?物體數(shù)據(jù)集所計(jì)算的復(fù)數(shù)全息影像數(shù)據(jù)用于對SLM進(jìn)行編碼，它以電子 形式影響可以產(chǎn)生干涉的光的振幅和/或相位。因此三維物體可以根據(jù)這些 數(shù)據(jù)完全重建，并且可以從位于靠近觀察者眼睛的觀察者視窗中的適當(dāng)透 視看到全息呈現(xiàn)。該三維物體可以是固定的物體或是真實(shí)或虛擬場景的一 連串活動影像。至于本發(fā)明切近該項(xiàng)專利申請時，將在以下對實(shí)施例的詳 細(xì)說明中行解釋說明。
另一個CGH的編碼方法是采用結(jié)合相位調(diào)制式SLM的相位編碼方 法，其中優(yōu)選為二相編碼方法。在此只在SLM中直接調(diào)制光的相位。二 相編碼的原理是以復(fù)數(shù)值可以由兩個具有固定振幅的相位值來表示為依 據(jù)。每個具有相位v(/且振幅介于0與1之間的復(fù)數(shù)值因此以兩個具有絕對 值1和相位值v土acos a的復(fù)數(shù)的總和來表示。不過，還存在以每個復(fù)數(shù)值 的兩個或更多個相位值來表示一組復(fù)數(shù)值的其他可能。所謂的"二相編碼" 和"有k個分子的相位編碼"在此以一般的意義來解釋。
二相編碼方法用于結(jié)合相位編碼SLM表示相位值。如果可以將兩個 一致且在SLM上的位置相同的相位值編碼，則經(jīng)過編碼的CGH將可以達(dá) 到無錯誤的三維物體重建。然而實(shí)際上，相位值只能被寫到SLM的一個 橫排(或縱排)中的兩個相鄰的可控制像素上，使它們在位置上有所偏差。 如果使用兩個以上的相位值來進(jìn)行編碼，則情況將類似于相位值數(shù)。這個 偏差會造成CGH重建時的誤差。
不過，相位編碼比起在振幅調(diào)制式SLM上進(jìn)行振幅全息影像編碼具 有許多優(yōu)點(diǎn)。利用二相編碼，可以達(dá)到更高的重建亮度，因?yàn)橄辔痪幋a SLM的像素具有最大的透光度。由于事實(shí)上物體在所使用的零階衍射中 重建，二相編碼方法的另一個優(yōu)點(diǎn)是，它會顯示出更有利的波長依存，而
這有利于彩色全息影像的呈現(xiàn)。然而，這種編碼方法也有缺點(diǎn)，即全息重
建品質(zhì)與例如振幅調(diào)制式SLM的巴克哈特(Burckhardt)編碼方法比起來較差。
因此，必須采取改善重建品質(zhì)的措施才能充分利用二相編碼方法的正 面優(yōu)點(diǎn)。重建品質(zhì)可以通過例如在進(jìn)行CGH編碼時利用迭代算法來改善。 從文獻(xiàn)中可以得知多種普通迭代法。
最常見的一種是由GERCHBERG和SAXTON開發(fā)的反復(fù)傅里葉轉(zhuǎn) 換運(yùn)算，該算法在許多出版物中均有詳細(xì)描述。它被用作許多迭代法的一 般基礎(chǔ)。這種運(yùn)算法在給定的函數(shù)和它的傅里葉轉(zhuǎn)換之間反復(fù)地來回轉(zhuǎn) 換。來自這兩個函數(shù)中的設(shè)定點(diǎn)值的誤差通過利用其自由度逐步減小。轉(zhuǎn) 換在例如光調(diào)制器的平面和二維物體的重建平面之間進(jìn)行。物體平面中的 強(qiáng)度分布經(jīng)常表示具有特定值，而復(fù)數(shù)值的相位可以自由地選擇并進(jìn)行調(diào) 制來使誤差最小化。然而，在多數(shù)情況下并不能完全消除重建誤差。
另一種將CGH表示為相位全息影像的方法稱為kinoform。 HIROSHI AKAHORI在其文件"通過以虛擬區(qū)域進(jìn)行kinoform合成的反復(fù)運(yùn)算的光 譜平衡"("Spectrum leveling by an iterative algorithm with a dummy area for synthesizing the kinoform")中，描述了 一種用來計(jì)算kinoform的迭代法。 如果采用相位調(diào)制式SLM，則kinoform元件只包含一個可控制的像素， 其只能填入一個復(fù)數(shù)值的相位值。該復(fù)數(shù)的絕對值不論其實(shí)際值是多少都 被設(shè)定為1。由于這樣的編碼程序，物體的重建將會是錯誤的。為了修正 這個錯誤，根據(jù)以計(jì)算方式導(dǎo)入物體平面中的視窗來執(zhí)行反復(fù)迭代。該視 窗包括信號區(qū)和所謂的虛擬區(qū)。在信號區(qū)中，應(yīng)利用迭代法針對該區(qū)恢復(fù) 原始物體的強(qiáng)度信號。在個別迭代步驟中，設(shè)定點(diǎn)值的絕對值被取代并從 先前的計(jì)算中取得相位值。這個程序只適用于一維和二維物體。
迭代法最常用在要使單一平面中的光強(qiáng)度達(dá)到最優(yōu)化的應(yīng)用中。這與 二維物體的重建一致。關(guān)于此方法延伸至多個重建平面的應(yīng)用范圍在 GAVIN SINCLAIR等人所著的"用于三維光塑形的多平面 GERCHBERG-SAXTON運(yùn)算的全息光鉗中的迭代應(yīng)用"("Interactiveapplication in holographic optical tweezers of a multi-plane GERCHBERG-SAXTON algorithm for three-dimensional light shaping")文
件中得以說明。這份文件描述了用于三維物體的全息影像迭代法。其中將 物體切片成多個物體層。具有復(fù)數(shù)實(shí)際值的編碼全息影像被逐個轉(zhuǎn)換為各 個個別的物體層。在每個"切片"平面中，將復(fù)數(shù)實(shí)際值與復(fù)數(shù)設(shè)定點(diǎn)值進(jìn) 行比較，實(shí)際值的絕對部分由設(shè)定點(diǎn)值的絕對部分取代。在轉(zhuǎn)換回全息影 像平面后，加上個別的值來進(jìn)行編碼。由于大量的物體平面以及在個別物 體平面和全息影像平面之間的許多轉(zhuǎn)換，這種迭代法需要非常非常強(qiáng)大的 運(yùn)算能力。
雖然采用二相編碼方法SLM只會直接調(diào)制光的相位，但根據(jù)SLM所 進(jìn)行的調(diào)制，最終復(fù)數(shù)波場的振幅也會由于干擾而受到影響。為此以及前 述原因，在用來進(jìn)行CGH編碼的迭代法中絕對不能忽略振幅，如現(xiàn)有技 術(shù)中可看到的。
上述方法還有進(jìn)一步的缺點(diǎn)，那就是必須滿足很多條件才能結(jié)合全息 顯示器采用他們。操作中并不一定總能具有所需的精確度。因此非常難以 完全消除前述的可能導(dǎo)致重建誤差的所有及任何影響。永遠(yuǎn)都會有顯著的 錯誤，使得若不應(yīng)用修正方法，全息顯示器的高品質(zhì)重建將無法達(dá)成。此 外，已知的與三維物體有關(guān)的迭代修正方法也都需要極強(qiáng)大的運(yùn)算能力。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于，借助于迭代運(yùn)算基于相位編碼來改善光調(diào) 制器上的三維物體的CGH編碼品質(zhì)，以提高全息顯示裝置的重建品質(zhì)并 達(dá)到更大的亮度以及改善重建的色彩表現(xiàn)。
這個目的可通過一種方法達(dá)到，在此方法中，用于編碼CGH的光調(diào) 制器的像素控制值根據(jù)三維物體的既有物體數(shù)據(jù)集來確定。首先，根據(jù)物 體數(shù)據(jù)集計(jì)算出復(fù)數(shù)波場的二維分布。根據(jù)本發(fā)明，相位值會通過轉(zhuǎn)換以 及進(jìn)行k個分子的相位編碼被轉(zhuǎn)變成用于相位調(diào)制式SLM的控制值的迭 代計(jì)算的初始值。
編碼的控制值借助于全息顯示裝置中的電腦計(jì)算出來，這個計(jì)算包含 下列步驟
-根據(jù)觀察者視窗中的波場的N個復(fù)數(shù)值的分布構(gòu)成復(fù)數(shù)設(shè)定點(diǎn)值 的分布，作為將用在編碼的迭代計(jì)算中的比較基礎(chǔ)，觀察者視窗被設(shè)定在 一個確定的轉(zhuǎn)換區(qū)域內(nèi)；
-將復(fù)數(shù)設(shè)定點(diǎn)值的分布轉(zhuǎn)換為光調(diào)制器平面并借助于相位編碼呈 現(xiàn)出來，以便對于轉(zhuǎn)換的每個復(fù)數(shù)值找到一些k相位值作為編碼的迭代計(jì) 算的初始值，其中k是大于l的數(shù)字因數(shù)；以及
-進(jìn)行包含轉(zhuǎn)換區(qū)域的觀察者位置平面與光調(diào)制器平面之間的重復(fù) 迭代步驟的計(jì)算，并在確定的中斷標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)時中斷，以便以最新計(jì)算的相
位值來進(jìn)行CGH編碼。
觀察者視窗中的N個復(fù)數(shù)設(shè)定點(diǎn)值的分布同時包含振幅值和相位值，
因?yàn)樵谶M(jìn)行三維物體的無錯誤重建時同時需要具有這兩個值。在以觀察者 視窗中的復(fù)數(shù)設(shè)定點(diǎn)值取代復(fù)數(shù)實(shí)際值時，相位值和振幅值都必須在每個 迭代步驟中被取代。
觀察者位置平面中確定的以及光學(xué)上可見的轉(zhuǎn)換區(qū)域包含觀察者視 窗，該視窗可能落在轉(zhuǎn)換區(qū)域內(nèi)的任何位置。對于二相編碼，該視窗優(yōu)選 地落在轉(zhuǎn)換區(qū)域的中央并涵蓋一半的轉(zhuǎn)換區(qū)域。在第一個步驟中，所有物
體數(shù)據(jù)集被轉(zhuǎn)換為觀察者視窗，并在這里加上所有的N個復(fù)數(shù)值。和復(fù)數(shù) 設(shè)定點(diǎn)值一樣，他們代表單一二維、復(fù)數(shù)值的波場中的三維物體的全部光 學(xué)信息的設(shè)定點(diǎn)值分布的掃描，并形成在迭代處理的每個步驟中的值的比 較基礎(chǔ)。在后續(xù)步驟中，設(shè)定點(diǎn)值進(jìn)行傅里葉轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為光調(diào)制器的平 面，藉此以具有可變絕對部分的復(fù)數(shù)值的形式提供此信息用于計(jì)算相位編 碼。根據(jù)相位編碼計(jì)算得的KW個相位值最好轉(zhuǎn)換為具有常數(shù)絕對部分的 復(fù)數(shù)值。它們被用作編碼控制值迭代計(jì)算的初始值，并重新轉(zhuǎn)換回觀察者 位置平面。在這里，它們代表用于進(jìn)行比較的復(fù)數(shù)實(shí)際值并且與觀察者視 窗中的復(fù)數(shù)設(shè)定點(diǎn)值進(jìn)行比較。
根據(jù)本發(fā)明的后續(xù)步驟，初始值可以通過附加的算術(shù)運(yùn)算來進(jìn)行改
善。這些算術(shù)運(yùn)算在相位編碼之后但在迭代計(jì)算之前執(zhí)行。
加上觀察者視窗中的個別轉(zhuǎn)換的復(fù)數(shù)值具有這樣的優(yōu)點(diǎn)，即編碼控制 值迭代計(jì)算的后續(xù)轉(zhuǎn)換僅必須在兩個平面，即觀察者位置平面與同時也是 全息影像平面的光調(diào)制器平面之間執(zhí)行。與現(xiàn)有解決方案相比，并不需要 在多個物體平面與全息影響平面之間執(zhí)行轉(zhuǎn)換。與公知迭代法相比，這樣 處理會使得三維物體的全息呈現(xiàn)的計(jì)算負(fù)荷明顯降低。
根據(jù)此新方法，以下例程會在每個迭代步驟中執(zhí)行
-將從光調(diào)制器平面轉(zhuǎn)換回來的N個復(fù)數(shù)實(shí)際值與觀察者視窗內(nèi)的 匯集波場的N個復(fù)數(shù)設(shè)定點(diǎn)值相對于確定的中斷標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較
-將轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)換區(qū)域的觀察者視窗中的N個復(fù)數(shù)實(shí)際值以N個復(fù)數(shù) 設(shè)定點(diǎn)值取代并照舊采用在轉(zhuǎn)換區(qū)域內(nèi)但在觀察者視窗外的(K-l) W個 復(fù)數(shù)實(shí)際值來進(jìn)行迭代計(jì)算
-只利用K，N個相位部分執(zhí)行光調(diào)制器平面內(nèi)的N個復(fù)數(shù)實(shí)際與設(shè)
定點(diǎn)值的新的傅里葉轉(zhuǎn)換然后并重新轉(zhuǎn)換回轉(zhuǎn)換區(qū)域，而絕對部分則固定 為常數(shù)值。
根據(jù)迭代計(jì)算的另一個實(shí)施例，各計(jì)算相位值的相應(yīng)于光調(diào)制器特性
的絕對值可以用來取代KW個相位值的常數(shù)絕對值用來在每個迭代步驟 中轉(zhuǎn)換回轉(zhuǎn)換區(qū)域。
振幅和相位值對于三維物體的波場重建都是非常重要的。因此在每個 迭代步驟中，復(fù)數(shù)實(shí)際值的振幅和相位都被觀察者視窗中的復(fù)數(shù)設(shè)定點(diǎn)值 取代。采用轉(zhuǎn)換區(qū)域以內(nèi)觀察者視窗以外的計(jì)算復(fù)數(shù)實(shí)際值來進(jìn)行進(jìn)一步 的轉(zhuǎn)換而不作任何改變。與確定的中斷標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行值的比較可以在每個迭代 步驟之后或在確定的迭代步驟數(shù)之后執(zhí)行。
利用轉(zhuǎn)換區(qū)域來進(jìn)行計(jì)算轉(zhuǎn)換的優(yōu)點(diǎn)在于，其必須執(zhí)行明顯更少量的 算術(shù)運(yùn)算、例如更少量的傅里葉轉(zhuǎn)換，以使必須一直執(zhí)行至確定的中斷標(biāo) 準(zhǔn)為止的迭代步驟可以更快完成。在三維物體的全息重建中，以通過新方 法可以相當(dāng)趨近完美的復(fù)數(shù)設(shè)定點(diǎn)值來代表轉(zhuǎn)換的物體數(shù)據(jù)，并據(jù)此構(gòu)成 編碼的比較基礎(chǔ)。
根據(jù)本發(fā)明的一個進(jìn)一步的實(shí)施例，觀察者視窗內(nèi)完成轉(zhuǎn)換的N個復(fù) 數(shù)實(shí)際值在每個迭代步驟中也可以由N個復(fù)數(shù)設(shè)定點(diǎn)值來取代使得可以 使用經(jīng)過常數(shù)C加權(quán)的設(shè)定點(diǎn)值和實(shí)際值的組合。然后根據(jù)下列方程式計(jì) 算出一個新的設(shè)定點(diǎn)值
新的設(shè)定點(diǎn)值二c'設(shè)定點(diǎn)值+(1<>實(shí)際值，其中0<(:《。
因數(shù)c影響迭代速度。如果c-2，通常只需更少量的迭代步驟即足以 達(dá)到與原來使用的迭代法(其中cO相同的效果，從而可以更快地獲得 結(jié)果。這個例子說明了過補(bǔ)償和太大的實(shí)際值被較小的值取代的方法。太 小的實(shí)際值將會被較大的值取代。
這種取代由V. V. KOTLYAR在"用于計(jì)算kinoforms的以反復(fù)加權(quán)為 基石出的方法，，("An iterative weight-based method for calculating kinoforms")
中所說明的，其中作者說明了用于kinoform的所謂的自適應(yīng)迭代方法，其 區(qū)別之處在于僅復(fù)數(shù)值的絕對部分被取代。
根據(jù)本發(fā)明的方法用于全息顯示裝置上，該裝置除了包含至少一個具 有充分相干光的光源的光學(xué)系統(tǒng)之外，還包含轉(zhuǎn)換鏡片和用于編碼CGH 的光調(diào)制器、用于提供控制信號的處理器以及用于重建三維物體的機(jī)構(gòu)和 用來執(zhí)行該方法的其他機(jī)構(gòu)。這些機(jī)構(gòu)具體為
-選擇機(jī)構(gòu)，用來提供三維物體的物體數(shù)據(jù)集，用于確定迭代計(jì)算的 轉(zhuǎn)換區(qū)域，及用以將物體數(shù)據(jù)集轉(zhuǎn)換的復(fù)數(shù)值加入到轉(zhuǎn)換區(qū)域中
-轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，用來執(zhí)行物體平面與觀察者位置平面之間、以及光調(diào)制 器平面與觀察者位置平面之間的轉(zhuǎn)換，并用于CGH編碼的計(jì)算
-比較機(jī)構(gòu)，用來確定觀察者視窗中的復(fù)數(shù)設(shè)定點(diǎn)值與實(shí)際值之間的 誤差，并用以在達(dá)到確定的中斷標(biāo)準(zhǔn)時傳送迭代的中斷信號，及
-重建機(jī)構(gòu)，用于重建經(jīng)過編碼的CGH。
光調(diào)制器優(yōu)選為與要編碼的CGH全息平面一致的相位調(diào)制式SLM。 與三維物體有關(guān)的編碼信息通過充分相干的光在光調(diào)制器的可控制像素 上的衍射以全息方式重建。重建可以在觀察者位置平面與光調(diào)制器之間的
空間中實(shí)現(xiàn)或從觀察者位置平面看在光調(diào)制器后方實(shí)現(xiàn)。重建甚至可以同 時部分在光調(diào)制器前方、部分在光調(diào)制器后方可見。
如果要進(jìn)行彩色CGH的編碼，則會針對三原色分別執(zhí)行迭代計(jì)算。
該新方法使得輕易地將全息顯示器中干擾光(噪音)和信號進(jìn)行空間
上的分離變成可能。上述迭代計(jì)算改善了進(jìn)行CGH編碼的控制值的品質(zhì) 并使反復(fù)使用的相位編碼達(dá)到最優(yōu)。根據(jù)本發(fā)明計(jì)算和編碼的CGH顯示 出更佳的全息影像品質(zhì)并因此使三維物體的重建達(dá)到更高的品質(zhì)。
. 如果CGH是彩色全息影像，它可能由代表各個原色(紅、綠、藍(lán)) 的次全息影像組成。在光調(diào)制器中，這可以通過每個原色的次像素或通過 依序顯示分別各代表一個原色的多個次全息影像來實(shí)現(xiàn)。次全息影像是三 維物體的單色CGH。用來作為SLM的像素控制值的相位值的最優(yōu)迭代在 這種情況下分別針對每個原色進(jìn)行。前提是SLM的每個像素包含代表三 原色的三個次像素。


現(xiàn)在，發(fā)明的方法和用于實(shí)現(xiàn)該方法的全息顯示裝置將在下文中結(jié)合 附圖被詳細(xì)描述，其中
圖1表示在觀察者位置平面中的轉(zhuǎn)換區(qū)域，在該區(qū)域內(nèi)設(shè)置有觀察者 視窗；
圖2是在全息顯示中(俯視)，在光調(diào)制器和觀察者位置平面之間的 空間中的三維物體重建的示意圖3是在觀察者和全息影像平面之間的傅里葉轉(zhuǎn)換運(yùn)算的示意圖，用 來表示重復(fù)的迭代步驟；
圖4表示理想相位調(diào)制式SLM的特性；及 圖5表示真實(shí)光調(diào)制器的特性。 元件標(biāo)記說明 1-轉(zhuǎn)換區(qū)域2- 觀察者視窗
3- 光源
4- 轉(zhuǎn)換鏡片
5- 光調(diào)制器
6- 物體
7- 觀察者位置平面
8- 全息影像平面
9- 光調(diào)制器5的特性 K-相位值的數(shù)字因數(shù) FT-傅里葉轉(zhuǎn)換 FFT-快速傅里葉轉(zhuǎn)換
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的方法的依據(jù)是提供的切片成多個平行的、二維物體層(未示) 的三維物體6、觀察者位置平面7中的觀察者視窗2和光調(diào)制器5中的用 于進(jìn)行CGH編碼的相位編碼的數(shù)據(jù)集，所述相位編碼利用轉(zhuǎn)換運(yùn)算進(jìn)行 最優(yōu)迭代。此外，在全息顯示裝置中執(zhí)行此新方法的技術(shù)手段將被明確說 明。如何將物體6切片以得到二維物體層和如何產(chǎn)生將被用于轉(zhuǎn)換中的物 體數(shù)據(jù)集和全息數(shù)據(jù)集的細(xì)節(jié)未包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。這些內(nèi)容僅在對 理解迭代計(jì)算是必須時才會被描述。
參考圖1，可控制的選擇機(jī)構(gòu)(未示)定義光學(xué)上可見的轉(zhuǎn)換區(qū)域1 用于執(zhí)行初始確定的轉(zhuǎn)換。在此所采用的傅里葉轉(zhuǎn)換的特殊形式是快速傅 里葉轉(zhuǎn)換(FFT)。虛擬觀察者視窗2在轉(zhuǎn)換區(qū)域1內(nèi)產(chǎn)生。采用從 WO2004/044659號專利文件中所知的觀察者視窗2結(jié)合本方法具有可以 將用于轉(zhuǎn)換的區(qū)域保持到非常小的優(yōu)點(diǎn)。轉(zhuǎn)換區(qū)域1的大小由所用的顯示 器的特性，也即它的像素大小來定義。在傅里葉全息影像中，重建會以大 小與光調(diào)制器的像素間距成反比例的間隔持續(xù)周期性進(jìn)行，其中所謂的間
距就是從一個像素的中心點(diǎn)到相鄰像素的中心點(diǎn)的距離。轉(zhuǎn)換區(qū)域1即落 在這個間隔中，它的大小為2N。 二維轉(zhuǎn)換可以在這個轉(zhuǎn)換區(qū)域中的M橫
排中計(jì)算。在二相編碼中，觀察者視窗2涵蓋一半的轉(zhuǎn)換區(qū)域1.
參考圖2，在全息顯示裝置中，發(fā)射出相干光的光源3設(shè)置在轉(zhuǎn)換鏡 片4和光調(diào)制器5的前方。這些元件形成了全息顯示裝置的光學(xué)系統(tǒng)，它 是照明和通過傅里葉轉(zhuǎn)換進(jìn)行重建所必須的。轉(zhuǎn)換區(qū)域1落在觀察者位置 平面7，用于觀察三維物體6的重建影像的觀察者視窗2即位于轉(zhuǎn)換區(qū)域 1中。圖中的箭頭表示菲湼爾轉(zhuǎn)換(Fresnel transformation)和快速傅里葉 轉(zhuǎn)換(FFT)的方向。
圖3以簡圖表示目的在于改善光調(diào)制器5上進(jìn)行CGH編碼的控制值 的迭代計(jì)算過程。具有個別迭代步驟的傅里葉轉(zhuǎn)換運(yùn)算在具有全息影像平 面8的光調(diào)制器5與具有觀察者視窗2的轉(zhuǎn)換區(qū)域1之間執(zhí)行。在第一步 驟中，確定觀察者視窗2中的復(fù)數(shù)設(shè)定點(diǎn)值的分布，圖中用虛線表示。
圖4表示相位調(diào)制式SLM的理想特性。圖5表示其真實(shí)特性。特性 9表示相位調(diào)制式SLM的傳輸或反射的相位與振幅之間的關(guān)系。如果用 于顯示裝置中，所述SLM會產(chǎn)生不理想的相位調(diào)制一振幅也是，因此 光線的復(fù)數(shù)值的波場的絕對部分受到影響。為了將這個影響考慮在內(nèi)，迭 代計(jì)算在根據(jù)相應(yīng)于計(jì)算得的相位值的光調(diào)制器5的理想特性9利用絕對 值在相位編碼之后進(jìn)行。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，在相位編碼后所進(jìn)行 的迭代計(jì)算利用常數(shù)絕對值進(jìn)行。
以下對相位編碼的說明主要關(guān)于CGH的二相編碼。
利用僅允許相位值呈現(xiàn)出來的相位調(diào)制式SLM作為光調(diào)制器。從物 體數(shù)據(jù)集計(jì)算得到的經(jīng)傅里葉轉(zhuǎn)換的復(fù)數(shù)值通過相位編碼被轉(zhuǎn)換為相位 值。復(fù)數(shù)值的振幅首先進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化以配合介于O和l之間的范圍。每個具 有相位v(/且振幅范圍在0和1之間的復(fù)數(shù)可以由兩個絕對值為1和相位值 為v)/士acos a的復(fù)數(shù)的總和表示。這意味著尤其是在相位編碼的前后關(guān)系 中，復(fù)數(shù)可以用具有常數(shù)振幅的兩個相位值來表示。
如果可以將調(diào)制式SLM上的一個和相同位置處的兩個相位值進(jìn)行編
碼，則經(jīng)此編碼的CGH使可達(dá)成無錯誤的重建三維物體6。然而實(shí)際上，
這兩個相位值只能被寫到兩個相鄰的可控制像素上，他們結(jié)合起來形成相
位調(diào)制式SLM的一個元件，使他們在位置上會有所偏差。該偏差會導(dǎo)致 CGH重建的誤差。本發(fā)明編碼方法提供了用于減少或修正該錯誤的解決 方法。由于這種新方法，用來進(jìn)行CGH編碼的控制值可以被改善從而使 要重建的波場以盡可能小的誤差接近于物體6的理想波場。
為了能夠?qū)⒌?jì)算應(yīng)用于兩個以上的相位值，導(dǎo)入了大于1的因數(shù) k作為描述相位值與由相位值表示的復(fù)數(shù)之比的因數(shù)。對于二相編碼，]^2。 通常k也可以是非整數(shù)值。例如，如果k-2.5，則意味著2個復(fù)數(shù)值由5 個相位值表示。如果一個復(fù)數(shù)值具有一個較大的k相位值數(shù)、例如4，則 該相位值也可以是兩個相鄰縱排和橫排的一個像素中的二維編碼。
因數(shù)值k也影響觀察者視窗2的尺寸。K越大觀察者視窗2越小。因 此觀察者視窗的面積將是一個衍射級的1/k。
這個方法的起始點(diǎn)是上述的三維物體6，它會被切片成多個二維平行 物體層?？梢圆捎萌魏螖?shù)量的物體層。物體層數(shù)目越多，重建越精確。被 切片的物體6通過選擇機(jī)構(gòu)提供到具有N個復(fù)數(shù)值的橫排物體數(shù)據(jù)集中。 有多少物體層就會有多少物體數(shù)據(jù)集。物體數(shù)據(jù)集的對應(yīng)橫排的N個復(fù)數(shù) 值通過菲湼爾轉(zhuǎn)換成為觀察者位置平面7中先前確定的轉(zhuǎn)換區(qū)域1的觀察 者視窗2并加入到其中。這意味著在觀察者位置平面7中，波場會針對每 一個物體層進(jìn)行計(jì)算，而所有個別波場的值加起來構(gòu)成包含有物體6的所 有轉(zhuǎn)換過的物體層信息的匯集波場。通過這個加法運(yùn)算，每一橫排的N個 復(fù)數(shù)設(shè)定點(diǎn)值的分布通過計(jì)算的方式來提供，并構(gòu)成CGH的迭代計(jì)算的 比較基礎(chǔ)。
迭代計(jì)算可以應(yīng)用于全視差的CGH上也可以應(yīng)用于只有水平或只有 垂直視差的CGH上。在代表最一般情況的第一種情況下，物體層中會有 M個橫排和N個縱排要進(jìn)行轉(zhuǎn)換，也就是有MW個復(fù)數(shù)值要用來計(jì)算二 維傅里葉轉(zhuǎn)換。在進(jìn)行二相編碼后，在相位調(diào)制式SLM中會有M個各具 有2.N個相位值的橫排，也就是有2'M，N個值。不過，整個CGH連同其
所有橫排可以同時進(jìn)行最優(yōu)迭代。所有M個橫排的復(fù)數(shù)值和縱排的N個 復(fù)數(shù)值(參考圖1)用來在觀察者視窗2中進(jìn)行轉(zhuǎn)換。
在只有水平視差的情況下，這個過程會針對橫排進(jìn)行，也就是要在轉(zhuǎn) 換機(jī)構(gòu)中來回轉(zhuǎn)換的復(fù)數(shù)值(實(shí)際值、設(shè)定點(diǎn)值和相位值)通常會與特定 橫排有關(guān)。在只有垂直視差的情況下，必須針對一個縱排中上下排列的像
素進(jìn)行編碼，也就是必須利用迭代計(jì)算方法針對縱排進(jìn)行》M個復(fù)數(shù)值的 最優(yōu)化。觀察者視窗2的垂直范圍大小則為轉(zhuǎn)換區(qū)域1的一半大小。
轉(zhuǎn)換區(qū)域1位于一個周期性的間隔內(nèi)。這表示轉(zhuǎn)換區(qū)域1在CGH重 建中會周期性連續(xù)。
請參考圖3中的示意圖，現(xiàn)在將說明迭代計(jì)算的過程。將包含在M 個橫排中的觀察者視窗2中的N個復(fù)數(shù)設(shè)定點(diǎn)值進(jìn)行快速傅里葉轉(zhuǎn)換，使 它們被轉(zhuǎn)換為光調(diào)制器5平面。這些經(jīng)過轉(zhuǎn)換的復(fù)數(shù)值則用來計(jì)算二相編 碼并用來在相位調(diào)制式SLM上進(jìn)行物體6的CGH的編碼。由于如前所述， 每個復(fù)數(shù)值都由兩個相位值表示，此編碼會產(chǎn)生個具有常數(shù)絕對值、 例如1的相位值。具有絕對值為1的2W個復(fù)數(shù)值會據(jù)此作為迭代初始值 被提供。
迭代計(jì)算以這個所確定的初始值開始。首先，2W個復(fù)數(shù)值被轉(zhuǎn)換回 轉(zhuǎn)換區(qū)域1。這個反向轉(zhuǎn)換會產(chǎn)生要重建的物體6的波場所需的實(shí)際值。 在轉(zhuǎn)換區(qū)域1的觀察者視窗2中，將這N個復(fù)數(shù)實(shí)際值設(shè)定點(diǎn)值與N個 復(fù)數(shù)設(shè)定點(diǎn)值進(jìn)行比較。在進(jìn)行這個比較之后，被轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)換區(qū)域l中的 觀察者視窗2的N個復(fù)數(shù)實(shí)際值被N個復(fù)數(shù)設(shè)定點(diǎn)值取代。觀察者視窗2 會在下次轉(zhuǎn)換中采用這N個復(fù)數(shù)實(shí)際值而不作任何改變。這些復(fù)數(shù)實(shí)際值 和設(shè)定點(diǎn)值被轉(zhuǎn)換為光調(diào)制器5平面。這個轉(zhuǎn)換產(chǎn)生2，N個具有可變絕對 部分的復(fù)數(shù)值。在隨后的反向轉(zhuǎn)換(FFT)為轉(zhuǎn)換區(qū)域l的過程中，僅使 用2W個相位值，振幅值則被設(shè)定為常數(shù)值。下一迭代步驟以新值開始。 所述的過程會一直重復(fù)直到達(dá)到確定的中斷標(biāo)準(zhǔn)為止。每個迭代步驟都會 減少觀察者視窗2中復(fù)數(shù)實(shí)際值和復(fù)數(shù)設(shè)定點(diǎn)值之間的偏差，以及光調(diào)制 器平面中復(fù)數(shù)值和常數(shù)值之間的偏差。用來進(jìn)行CGH編碼的控制值因此
得以不斷改善。它們在處理器中被轉(zhuǎn)換為控制信號，并根據(jù)對應(yīng)于全息影 像數(shù)據(jù)集的最新計(jì)算相位值來進(jìn)行CGH編碼。
利用在相位調(diào)制式SLM上編碼的全息影像數(shù)據(jù)集，可以用包含因而 受控的光波的重建機(jī)構(gòu)來產(chǎn)生三維物體6的精確的全息重建。眼睛位置可 通過位置監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測到的觀察者可通過觀察者視窗2看到三維物體6的 全息重建(參看圖2)。
中斷標(biāo)準(zhǔn)在比較機(jī)構(gòu)中定義，使得接近程度達(dá)到設(shè)定點(diǎn)值分布的確定 的精確度，同時使計(jì)算負(fù)荷保持在合理的范圍內(nèi)。各種參數(shù)都可作為中斷
標(biāo)準(zhǔn)
-在觀察者視窗2中所有掃描點(diǎn)上的設(shè)定點(diǎn)值與實(shí)際值的偏差的平方 和；或
-因a)產(chǎn)生的信號/噪音比，其等于設(shè)定點(diǎn)值的平方和/偏差的平方和；
或
-觀察者視窗2中的掃描點(diǎn)處的最大偏差；或
-實(shí)際值與設(shè)定點(diǎn)值的平均和最大偏差的加權(quán)組合。 在迭代計(jì)算開始時，或在第一轉(zhuǎn)換之前，每個物體數(shù)據(jù)集與觀察者位
置平面7的距離最好進(jìn)行變化，使得三維物體6的全部或部分重建可以在 全息影像平面8的前方及后方均可看見。采用這種方法，可以通過軟件設(shè) 定來同時實(shí)現(xiàn)觀察者眼睛前方空間中的重建的自然深度位置和CGH的深 度效果的刻意放大或縮小。
以上只針對一只眼睛說明觀察者視窗2中的三維物體6的重建。為了 能夠以真正三維的方式、就好像在現(xiàn)實(shí)中觀看物體一樣來感知全息重建， 就要求在兩個獨(dú)立的虛擬觀察者視窗2中重建兩個CGH，也就是觀察者 的眼睛每個各一個。兩個重建采用相同的方法、但以不同的物體數(shù)據(jù)集(由 于觀察者的左右眼睛對三維物體6的相對位置不同)來計(jì)算。由于配備多 路數(shù)字處理器以同步執(zhí)行轉(zhuǎn)換例程運(yùn)算，這兩個CGH可以同時計(jì)算且彼 此絕對獨(dú)立。
一般來說，上述方法還可應(yīng)用于轉(zhuǎn)換區(qū)域1包含尺寸涵蓋觀察者雙眼 的兩個觀察者視窗2的全息顯示裝置中。這使得可以同時向兩只眼睛呈現(xiàn) 無錯誤的全息重建。
根據(jù)迭代計(jì)算方法的進(jìn)一步的實(shí)施例，該N個轉(zhuǎn)換的復(fù)數(shù)實(shí)際值可由
觀察者視窗2中的具有常數(shù)c的N個復(fù)數(shù)設(shè)定點(diǎn)值與實(shí)際值的加權(quán)組合來
取代，如下所示
新的設(shè)定點(diǎn)值=(^設(shè)定點(diǎn)值+ (l-c).實(shí)際值，其中0〈c《。
c=l的情況相當(dāng)于上述迭代過程。c=2的情況則說明了過補(bǔ)償。在光 調(diào)制器5平面中最新的迭代步驟產(chǎn)生大于設(shè)定點(diǎn)值的實(shí)際值的掃描點(diǎn)上， 這些值被較小的值取代，反之亦然。常數(shù)c影響達(dá)到中斷標(biāo)準(zhǔn)所需的迭代 步驟數(shù)。通常，如果c=2則需要較少的迭代步驟數(shù)，剩余誤差可以更快地減少。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，迭代計(jì)算的初始值可以通過執(zhí)行額外的算 術(shù)運(yùn)算來進(jìn)一歩改善。該實(shí)施例具有在后續(xù)迭代計(jì)算中可以更快達(dá)到中斷 標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)點(diǎn)。這意味著將二相編碼所得的值用作初始值。
由處理器監(jiān)測到的控制信號被提供給選擇機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)、比較機(jī)構(gòu)
及控制機(jī)構(gòu)供全息顯示裝置使用。轉(zhuǎn)換和CGH編碼由專門的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)來 進(jìn)行，例如在光學(xué)系統(tǒng)中、也就是由轉(zhuǎn)換鏡片4來進(jìn)行轉(zhuǎn)換。
整合到全息顯示裝置中的新迭代計(jì)算方法具有結(jié)合相位編碼將傅里 葉轉(zhuǎn)換的誤差項(xiàng)一致減少的優(yōu)點(diǎn)。因此，在觀察者眼睛所在的顯示器前方 的區(qū)域中，可以無誤差地呈現(xiàn)重建影像。
通過將轉(zhuǎn)換區(qū)域1的大小定義至擴(kuò)大到超過觀察者視窗2所帶來的另 一個優(yōu)點(diǎn)是，可以獲得改善轉(zhuǎn)換區(qū)域l中的編碼控制值質(zhì)量的自由度。觀 察者位置平面7的波場的一部分，也就是超出觀察者視窗2的部分，可以 據(jù)此自由選擇，而在觀察者視窗2內(nèi)的另一部分則保持固定。
和現(xiàn)有解決方案相反，將所得到的實(shí)際值用觀察者視窗2中的物體6 所確定的設(shè)定點(diǎn)值進(jìn)行有目的的取代，使得可以通過個別的迭代步驟得到 高品質(zhì)的重建，而不必考慮每個個別的物體層。
在每個迭代步驟中的轉(zhuǎn)換只在觀察者位置平面與全息影像平面之間 進(jìn)行。
另一個優(yōu)點(diǎn)是可以從CGH的原始復(fù)數(shù)值中獲得光調(diào)制器5的元件像 素的可控制值。
權(quán)利要求
1.一種對計(jì)算機(jī)生成全息圖(CGH)進(jìn)行編碼的方法，該方法用于全息顯示器的光調(diào)制器上的三維物體，該光調(diào)制器包含以電子方式可控制的像素，這些像素以規(guī)則形態(tài)排列，并且由處理器向CGH編碼提供控制信號，其中通過將三維物體的給定物體數(shù)據(jù)集轉(zhuǎn)換為觀察者位置平面中的虛擬觀察者視窗來計(jì)算波場的N個復(fù)數(shù)值的二維分布，其特征在于-觀察者視窗(2)中的波場的N個復(fù)數(shù)值的分布構(gòu)成復(fù)數(shù)設(shè)定點(diǎn)值的分布，該復(fù)數(shù)設(shè)定點(diǎn)值將作為編碼控制值迭代計(jì)算的比較基礎(chǔ)，該觀察者視窗位于確定的轉(zhuǎn)換區(qū)域(1)中；-復(fù)數(shù)設(shè)定點(diǎn)值的分布被轉(zhuǎn)換為光調(diào)制器(5)的平面并借助于相位編碼呈現(xiàn)，以便找到轉(zhuǎn)換的每個復(fù)數(shù)值的K個相位值作為編碼控制值迭代計(jì)算的初始值，其中k是大于1的數(shù)字因數(shù)；及-迭代計(jì)算在包含轉(zhuǎn)換區(qū)域(1)的觀察者位置平面(7)與光調(diào)制器(5)的平面之間的重復(fù)迭代步驟中進(jìn)行，并且確定的中斷標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)時中斷，以便采用最新計(jì)算的相位值作為控制值進(jìn)行CGH編碼。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于為計(jì)算復(fù)數(shù)設(shè)定點(diǎn)值的分 布，把將要轉(zhuǎn)換的物體數(shù)據(jù)集的所有復(fù)數(shù)值加至觀察者視窗(2)中以便 形成N個復(fù)數(shù)設(shè)定點(diǎn)值的分布，然后借助于傅里葉轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換為光調(diào)制器(5)的平面，作為可變絕對值的復(fù)數(shù)值。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于用于相位編碼的編碼以 光調(diào)制器(5)的平面中經(jīng)過轉(zhuǎn)換的復(fù)數(shù)值為基礎(chǔ)來計(jì)算，且其中由計(jì)算 得到的KW個相位值根據(jù)相應(yīng)的計(jì)算相位值處的光調(diào)制器(5)的特性以 絕對值轉(zhuǎn)換回觀察者位置平面(7)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于每個迭代步驟包含下列例程-將從光調(diào)制器(5)平面轉(zhuǎn)換回來的N個復(fù)數(shù)實(shí)際值與觀察者視窗 (2)內(nèi)的匯集波場的N個復(fù)數(shù)設(shè)定點(diǎn)值相對于確定的中斷標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較 -將觀察者視窗(2)中的被轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)換區(qū)域(1)的N個復(fù)數(shù)實(shí)際值以N個復(fù)數(shù)設(shè)定點(diǎn)值取代并照舊采用在轉(zhuǎn)換區(qū)域(1)內(nèi)但在觀察者視 窗(2)外的(K-l) W個復(fù)數(shù)實(shí)際值來進(jìn)行迭代計(jì)算-只利用KW個相位部分執(zhí)行光調(diào)制器(5)平面中的N個復(fù)數(shù)實(shí)際 值和設(shè)定點(diǎn)值的新的傅里葉轉(zhuǎn)換，然后并轉(zhuǎn)換回轉(zhuǎn)換區(qū)域(1)，而絕對部 分則固定為常數(shù)值。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于該K，N個相位值的絕對 值是在各計(jì)算相位值處相應(yīng)于光調(diào)制器(5)的特性的值。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于該相位編碼是二相編碼。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于在每個迭代步驟中，該復(fù) 數(shù)實(shí)際值由觀察者視窗(2)內(nèi)的該復(fù)數(shù)設(shè)定點(diǎn)值取代。
8. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于在觀察者視窗(2)內(nèi)的 相對于確定的中斷標(biāo)準(zhǔn)所進(jìn)行的值的比較在每個迭代步驟后、或在確定的 迭代步驟數(shù)之后進(jìn)行。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于三維物體(6)在觀察者 視窗(2)與光調(diào)制器(5)之間和/或在光調(diào)制器(5)后方的空間中進(jìn)行全息重建。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于如果使用的是只有水平 視差的CGH，則該相位值在光調(diào)制器(5)的橫排方向上進(jìn)行編碼。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于如果使用的是只有垂直 視差的CGH，則該相位值在光調(diào)制器(5)的縱排方向上進(jìn)行編碼。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于每個迭代步驟包含下列-將從光調(diào)制器(5)平面轉(zhuǎn)換回來的N個復(fù)數(shù)實(shí)際值與觀察者視窗 (2)內(nèi)的匯集波場的N個復(fù)數(shù)設(shè)定點(diǎn)值相對于確定的中斷標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較-將觀察者視窗(2)中被轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)換區(qū)域(1)的N個復(fù)數(shù)實(shí)際值根 據(jù)下列方程式以常數(shù)c加權(quán)的設(shè)定點(diǎn)值和實(shí)際值的組合取代 新的設(shè)定點(diǎn)值=^設(shè)定點(diǎn)值+ (l-C).實(shí)際值，其中0<(^2并且照舊采用轉(zhuǎn)換區(qū)域(1)內(nèi)但在觀察者視窗(2)以外的所計(jì)算出 來的N個復(fù)數(shù)實(shí)際值來進(jìn)行計(jì)算-針對轉(zhuǎn)換區(qū)域(1)中的KW個復(fù)數(shù)實(shí)際和設(shè)定點(diǎn)值執(zhí)行新的傅里 葉轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為光調(diào)制器(5)平面然后并進(jìn)行后續(xù)轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換回觀察者位 置平面(7)，或者只利用N個相位部分而絕對部分則固定作為常數(shù)值， 或者只利用KW個相位部分而絕對部分則固定作為對應(yīng)于各計(jì)算相位值 處的相位調(diào)制器(5)的特性的值。
13. 用于實(shí)現(xiàn)根據(jù)權(quán)利要求1或12的方法的具有光學(xué)系統(tǒng)的全息顯示 裝置，該全息顯示裝置包含至少一個發(fā)出充分相干光的光源、轉(zhuǎn)換鏡片和 用于編碼CGH的光調(diào)制器、用于提供CGH編碼控制信號的處理器以及用 于重建三維物體的機(jī)構(gòu)，所述重建可以通過觀察者位置平面中的虛擬觀察 者視窗看到，而用來進(jìn)行編碼的控制信號則借助于迭代計(jì)算得到，其特征 在于-選擇機(jī)構(gòu)，用來提供三維物體(6)的物體數(shù)據(jù)集，用于確定迭代 計(jì)算的轉(zhuǎn)換區(qū)域(1)，及用以將物體數(shù)據(jù)集轉(zhuǎn)換的復(fù)數(shù)值加入到轉(zhuǎn)換區(qū)域 (1)中-轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，用來執(zhí)行物體平面與觀察者位置平面(7)之間、以及 光調(diào)制器(5)平面與觀察者位置平面(7)之間的轉(zhuǎn)換，并用于CGH編 碼的計(jì)算-比較機(jī)構(gòu)，用來確定觀察者視窗(2)中的復(fù)數(shù)設(shè)定點(diǎn)值與實(shí)際值 之間的偏差，并用以在達(dá)到確定的中斷標(biāo)準(zhǔn)時傳送迭代的中斷信號，及-重建機(jī)構(gòu)，用于全息重建經(jīng)過編碼的CGH。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的全息顯示裝置，其特征在于該光調(diào)制器 (5)是相位調(diào)制式SLM，并包含經(jīng)過編碼的CGH。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的全息顯示裝置，其特征在于三維物體(6) 的重建是通過將光源(3)所發(fā)出的充分相干光衍射到光調(diào)制器(5)的可 控制像素上來達(dá)成的。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的全息顯示裝置，其特征在于在進(jìn)行彩色CGH編碼時，會分別針對每個原色執(zhí)行相位值的迭代計(jì)算。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于通過借助于相位編碼的迭代法來改善光調(diào)制器上的三維物體的CGH編碼品質(zhì)，并因此改善重建品質(zhì)。根據(jù)給定的物體數(shù)據(jù)集，計(jì)算出位于轉(zhuǎn)換區(qū)域(1)內(nèi)的虛擬觀察者視窗(2)中的波場的N個復(fù)數(shù)值的二維分布。所述分布形成了復(fù)數(shù)設(shè)定點(diǎn)值的分布，用來作為編碼的迭代計(jì)算的比較基礎(chǔ)。并執(zhí)行下列步驟將所述分布轉(zhuǎn)換為借助于相位編碼而呈現(xiàn)的光調(diào)制器(5)平面，其中k相位值代表轉(zhuǎn)換的每個復(fù)數(shù)值，作為迭代計(jì)算的基礎(chǔ)，在兩個平面、也即觀察者位置平面(7)和光調(diào)制器(5)平面之間的迭代計(jì)算在迭代步驟中重復(fù)進(jìn)行直到達(dá)到確定的中斷標(biāo)準(zhǔn)為止。該方法可以應(yīng)用于全息顯示裝置中。
文檔編號G03H1/08GK101371203SQ200780002516
公開日2009年2月18日 申請日期2007年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月18日
發(fā)明者拉爾夫·哈斯勒, 羅伯特·李斯特 申請人:視瑞爾技術(shù)公司