本發(fā)明屬于顯示技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種全息顯示分辨能力的測(cè)試方法與全息顯示分辨能力的測(cè)試系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

全息顯示技術(shù)最早應(yīng)用于三維成像領(lǐng)域，近年來(lái)隨著社會(huì)對(duì)三維顯示的迫切需求，全息顯示技術(shù)在器件和實(shí)現(xiàn)方法上得到了快速的發(fā)展，但成像質(zhì)量仍然距離市場(chǎng)的接受存在較大的差距。三維全息成像技術(shù)中，記錄介質(zhì)無(wú)論是傳統(tǒng)的銀鹽干板還是現(xiàn)代的電尋址空間光調(diào)制器件，全息圖一直存在成像質(zhì)量較差的問(wèn)題。

計(jì)算全息是利用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)制作全息圖的技術(shù)，與光學(xué)全息產(chǎn)生全息圖的方法不同。計(jì)算全息技術(shù)利用計(jì)算機(jī)成像，以光波衍射算法為基礎(chǔ)，對(duì)被記錄物波的數(shù)學(xué)描述或離散數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，計(jì)算數(shù)字三維模型發(fā)出的光衍射到空間光調(diào)制器的復(fù)振幅分布，并將復(fù)振幅分布編碼為空間光調(diào)制器可承載的、可以光學(xué)再現(xiàn)的編碼圖案，即計(jì)算全息圖。當(dāng)空間光調(diào)制器加載計(jì)算全息圖并配以適當(dāng)?shù)恼彰鲿r(shí)，可在特定的區(qū)域觀察到數(shù)字三維物體的光學(xué)影像。

在顯示技術(shù)領(lǐng)域，所有的全息成像輸出設(shè)備均為點(diǎn)陣設(shè)備，因此可以很容易地利用其分辨率表示成像的清晰程度。然而，在全息三維顯示中，成像系統(tǒng)所成的圖已經(jīng)脫離了平面實(shí)體區(qū)域，面對(duì)具體的全息顯示裝置，不再能夠根據(jù)硬件的分辨率確定一個(gè)全息系統(tǒng)的分辨能力，目前還沒(méi)有一種定量的方式能較全面地表征全息再現(xiàn)的精細(xì)程度，從而確定影響成像質(zhì)量的核心因素。

可見(jiàn)，目前迫切需要一種全新的方式來(lái)表征全息顯示系統(tǒng)呈現(xiàn)信息的能力，從而確定全息顯示的分辨能力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，提供一種全息顯示分辨能力的測(cè)試方法與全息顯示分辨能力的測(cè)試系統(tǒng)，能至少部分解決全息顯示系統(tǒng)呈現(xiàn)信息的能力的表征，提供全息顯示的分辨率的表征方法。

解決本發(fā)明技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是該全息顯示分辨能力的測(cè)試方法，用于測(cè)定全息顯示器件的顯示分辨率，包括步驟：

輸入激勵(lì)圖信號(hào)；

對(duì)所述激勵(lì)圖信號(hào)進(jìn)行編碼，編碼后的所述激勵(lì)圖信號(hào)形成設(shè)定深度范圍內(nèi)的具有不同深度的多個(gè)全息圖信號(hào)；

將處于設(shè)定深度范圍內(nèi)的每一個(gè)所述全息圖信號(hào)，依次設(shè)定不同深度、不同空間頻率，使得不同深度、不同空間頻率的所述全息圖信號(hào)能依次顯示在相應(yīng)的深度平面；

記錄所述全息圖信號(hào)顯示在相應(yīng)的深度平面的全息斷面圖像，直至獲得所述全息圖信號(hào)在不同深度平面、不同空間頻率的所有所述全息斷面圖像；

根據(jù)所述全息斷面圖像，獲得不同深度、不同空間頻率的圖像特征曲面，所述圖像特征曲面中包括所述全息顯示器件的光學(xué)分辨特性。

優(yōu)選的是，所述激勵(lì)圖信號(hào)為二維圖信號(hào)，所述全息圖信號(hào)為具有從最小空間頻率0到最大空間頻率Fmax之間的一系列空間頻點(diǎn)的黑白光柵圖信號(hào)，所述全息圖信號(hào)的最大空間頻率小于所述全息顯示器件的最大空間頻率。

優(yōu)選的是，所述黑白光柵圖的成像寬度為全息顯示器件在某一深度平面的可顯示寬度。

優(yōu)選的是，獲得所述全息圖信號(hào)在不同深度平面、不同空間頻率的所有所述全息斷面圖像的步驟具體包括：

選定某一深度的所述全息圖信號(hào)；

設(shè)定該深度的所述全息圖信號(hào)的空間頻率，使得所述全息圖信號(hào)顯示在相應(yīng)的深度平面；

記錄該所述全息圖信號(hào)在對(duì)應(yīng)深度平面和對(duì)應(yīng)空間頻率的所述全息斷面圖像；

改變?cè)撋疃人鋈D信號(hào)的空間頻率，使得該所述全息圖信號(hào)以其他不同于上述設(shè)定空間頻率的多個(gè)空間頻率的所述全息圖信號(hào)顯示在相應(yīng)的深度平面，并相應(yīng)記錄所述全息斷面圖像；

選定其他不同于上述選定深度的所述全息圖信號(hào)，使得該所述全息圖信號(hào)以多個(gè)不同空間頻率顯示在相應(yīng)的深度平面，并相應(yīng)記錄所述全息斷面圖像；

重復(fù)上述過(guò)程，直至設(shè)定深度范圍內(nèi)的每一深度的不同空間頻率的所述全息圖信號(hào)均顯示在相應(yīng)的深度平面。

優(yōu)選的是，在設(shè)定深度范圍內(nèi)，所述全息圖信號(hào)進(jìn)行顯示與記錄的深度順序，根據(jù)從小到大、等差的方式依次選定；

和/或，同一深度平面的所述全息圖信號(hào)的空間頻率，根據(jù)等差的方式依次設(shè)定。

優(yōu)選的是，根據(jù)所述全息斷面圖像，獲得不同深度、不同空間頻率的圖像特征曲面的步驟包括：

根據(jù)處于同一深度平面、不同空間頻率的所述全息斷面圖像的灰度對(duì)比度，得到一定深度平面的各空間頻點(diǎn)的對(duì)比度調(diào)制函數(shù)值；

根據(jù)一定深度平面的各空間頻點(diǎn)的對(duì)比度調(diào)制函數(shù)值計(jì)算得到相應(yīng)深度的各空間頻點(diǎn)的調(diào)制傳遞函數(shù)值，并將調(diào)制傳遞函數(shù)值擬合為調(diào)制傳遞函數(shù)曲線；

將多個(gè)不同深度平面的多條所述調(diào)制傳遞函數(shù)曲線擬合為圖像特征曲面，所述圖像特征曲面中包括所述全息顯示器件的光學(xué)分辨特性。

優(yōu)選的是，一定深度平面的各空間頻點(diǎn)的對(duì)比度調(diào)制函數(shù)值的計(jì)算公式為：

CTF(f)＝(Vmax-Vmin)/(Vmax+Vmin)，

其中：f為當(dāng)前深度平面的某一空間頻率，Vmax、Vmin分別為當(dāng)前深度平面、當(dāng)前空間頻率的所述全息斷面圖像的最大灰度值和最小灰度值；

和/或，根據(jù)一定深度平面的各空間頻點(diǎn)的對(duì)比度調(diào)制函數(shù)值計(jì)算得到相應(yīng)深度的各空間頻點(diǎn)的調(diào)制傳遞函數(shù)值的計(jì)算方式為：

MTF(f)＝π/4*[CTF(f)-CTF(3f)/3+CTF(5f)/5+……]；

其中：CTF(f)為當(dāng)前深度平面的某一空間頻率的對(duì)比度調(diào)制函數(shù)值。

一種全息顯示分辨能力的測(cè)試系統(tǒng)，用于測(cè)定全息顯示器件的顯示分辨率，包括編碼單元、配置單元、圖像采集單元、計(jì)算單元，其中：

所述編碼單元，用于對(duì)向所述全息顯示器件輸入的激勵(lì)圖信號(hào)進(jìn)行編碼，編碼后的所述激勵(lì)圖信號(hào)形成設(shè)定深度范圍內(nèi)的具有不同深度的多個(gè)全息圖信號(hào)；

所述配置單元，用于將處于設(shè)定深度范圍內(nèi)的每一個(gè)所述全息圖信號(hào)，依次設(shè)定不同深度、不同空間頻率，使得不同深度、不同空間頻率的所述全息圖信號(hào)能依次顯示在相應(yīng)的深度平面；

所述全息顯示器件，接收所述全息圖信號(hào)并使得不同深度、不同空間頻率的所述全息圖信號(hào)依次顯示在相應(yīng)的深度平面；

所述圖像采集單元，用于記錄所述全息圖信號(hào)顯示在相應(yīng)的深度平面的全息斷面圖像，直至獲得所述全息圖信號(hào)在不同深度平面、不同空間頻率的所有所述全息斷面圖像；

所述計(jì)算單元，用于根據(jù)所述全息斷面圖像，獲得不同深度、不同空間頻率的圖像特征曲面，所述圖像特征曲面中包括所述全息顯示器件的光學(xué)分辨特性。

優(yōu)選的是，所述激勵(lì)圖信號(hào)為二維圖信號(hào)，所述編碼單元用于將所述二維圖信號(hào)編碼為具有從最小空間頻率0到最大空間頻率Fmax之間的一系列空間頻點(diǎn)的黑白光柵圖信號(hào)的全息圖信號(hào)，所述全息圖信號(hào)的最大空間頻率小于所述全息顯示器件的最大空間頻率。

優(yōu)選的是，所述黑白光柵圖的成像寬度為全息顯示器件在某一深度平面的可顯示寬度。

優(yōu)選的是，所述配置單元中，在設(shè)定深度范圍內(nèi)，所述全息圖信號(hào)進(jìn)行顯示與記錄的深度順序，根據(jù)從小到大、等差的方式依次選定；

和/或，同一深度平面的所述全息圖信號(hào)的空間頻率，根據(jù)等差的方式依次設(shè)定。

優(yōu)選的是，所述圖像采集單元為相機(jī)，所述相機(jī)的分辨空間頻率大于所述全息圖信號(hào)的最大空間頻率。

優(yōu)選的是，所述計(jì)算單元包括對(duì)比度調(diào)制函數(shù)計(jì)算模塊、調(diào)制傳遞函數(shù)計(jì)算模塊和合成模塊，其中：

所述對(duì)比度調(diào)制函數(shù)計(jì)算模塊，用于根據(jù)處于同一深度平面、不同空間頻率的所述全息斷面圖像的灰度對(duì)比度，得到一定深度平面的各空間頻點(diǎn)的對(duì)比度調(diào)制函數(shù)值；

所述調(diào)制傳遞函數(shù)計(jì)算模塊，用于根據(jù)一定深度平面的各空間頻點(diǎn)的對(duì)比度調(diào)制函數(shù)值計(jì)算得到相應(yīng)深度的各空間頻點(diǎn)的調(diào)制傳遞函數(shù)值，并將調(diào)制傳遞函數(shù)值擬合為調(diào)制傳遞函數(shù)曲線；

所述合成模塊，用于將多個(gè)不同深度平面的多條所述調(diào)制傳遞函數(shù)曲線擬合為圖像特征曲面，所述圖像特征曲面中包括所述全息顯示器件的光學(xué)分辨特性。

優(yōu)選的是，所述對(duì)比度調(diào)制函數(shù)計(jì)算模塊中，一定深度平面的各空間頻點(diǎn)的對(duì)比度調(diào)制函數(shù)值的計(jì)算公式為：

CTF(f)＝(Vmax-Vmin)/(Vmax+Vmin)，

其中：f為當(dāng)前深度平面的某一空間頻率，Vmax、Vmin分別為當(dāng)前深度平面、當(dāng)前空間頻率的所述全息斷面圖像的最大灰度值和最小灰度值；

和/或，所述調(diào)制所述對(duì)比度調(diào)制函數(shù)計(jì)算模塊中，根據(jù)一定深度平面的各空間頻點(diǎn)的對(duì)比度調(diào)制函數(shù)值計(jì)算得到相應(yīng)深度的各空間頻點(diǎn)的調(diào)制傳遞函數(shù)值的計(jì)算方式為：

MTF(f)＝π/4*[CTF(f)-CTF(3f)/3+CTF(5f)/5+……]；

其中：CTF(f)為當(dāng)前深度平面的某一空間頻率的對(duì)比度調(diào)制函數(shù)值。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的全息顯示分辨能力的測(cè)試方法及其測(cè)試系統(tǒng)，通過(guò)測(cè)量全息成像器件在不同成像深度的調(diào)制傳遞函數(shù)曲線構(gòu)建調(diào)制傳遞函數(shù)值隨成像深度和空間頻率變化的情況，利用不同深度的調(diào)制傳遞函數(shù)曲線形成調(diào)制傳遞函數(shù)曲面，得到的調(diào)制傳遞函數(shù)曲面即圖像特征曲面，其具有空間頻率和空間深度兩個(gè)評(píng)價(jià)維度，從而用來(lái)表征全息三維顯示系統(tǒng)成像能力，可以較全面地反映全息顯示光學(xué)系統(tǒng)在三維空間的成像能力，指導(dǎo)全息數(shù)據(jù)采樣階段的采樣范圍和采樣頻率，為全息顯示的分辨率提供一種測(cè)量表征方法，可為全息顯示系統(tǒng)的評(píng)測(cè)、全息計(jì)算中采樣點(diǎn)數(shù)的確定提供數(shù)據(jù)支持。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1中全息顯示分辨能力的測(cè)試方法的流程圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例1中全息顯示分辨能力的測(cè)試方法中不同深度的調(diào)制傳遞函數(shù)曲線示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例1中擬合得到的隨深度和空間頻率變化的圖像特征曲面示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例2中全息顯示分辨能力的測(cè)試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；

圖5為圖4中全息顯示分辨能力的測(cè)試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖標(biāo)圖中：

1－全息顯示器件；11－照明模塊；12－空間光調(diào)制器；

2－編碼單元；21－黑白光柵數(shù)字模塊；

3－配置單元；

4－圖像采集單元；41－相機(jī)；

5－計(jì)算單元；

61－光柵顯示。

具體實(shí)施方式

為使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明全息顯示分辨能力的測(cè)試方法與全息顯示分辨能力的測(cè)試系統(tǒng)作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思在于，全息顯示雖然脫離了平面實(shí)體區(qū)域，不再能夠根據(jù)硬件的分辨率確定一個(gè)全息顯示系統(tǒng)的分辨能力，但全息顯示系統(tǒng)并沒(méi)有脫離光學(xué)系統(tǒng)的范疇，因此本發(fā)明的技術(shù)方案將全息顯示系統(tǒng)中與全息顯示分辨率能力相關(guān)的部件提煉出來(lái)，通過(guò)調(diào)制全息圖信號(hào)和記錄由調(diào)制全息圖信號(hào)形成的全息斷面圖像，并引入成像光學(xué)系統(tǒng)測(cè)試中常用的調(diào)制傳遞函數(shù)(Modulation Transfer Function，簡(jiǎn)稱(chēng)MTF)，通過(guò)圖像特征曲面來(lái)表征全息顯示系統(tǒng)的成像能力。

實(shí)施例1：

本實(shí)施例提供一種全息顯示分辨能力的測(cè)試方法，為全息顯示的分辨率提供一種測(cè)量表征方法。該全息顯示分辨能力的測(cè)試方法，通過(guò)輸入具有不同空間頻率f的黑白光柵圖，可以在輸出端采集到對(duì)應(yīng)空間頻率下的再現(xiàn)光柵圖像，分析全息斷面圖像的對(duì)比度隨輸入光柵空間頻率f的變化的情況，可以得到圖像的對(duì)比度調(diào)制函數(shù)，進(jìn)一步得到圖像特征曲面。

如圖1所示，一種全息顯示分辨能力的測(cè)試方法，用于測(cè)定全息顯示器件的顯示分辨率，包括步驟：

步驟1)：輸入激勵(lì)圖信號(hào)。

在該步驟中，向全息顯示器件輸入激勵(lì)圖信號(hào)，激勵(lì)圖信號(hào)為二維圖信號(hào)，該二維圖為具有一定空間頻率的黑白條紋。

步驟2)：對(duì)激勵(lì)圖信號(hào)進(jìn)行編碼，編碼后的激勵(lì)圖信號(hào)形成設(shè)定深度范圍內(nèi)的具有不同深度的全息圖信號(hào)。

該步驟相當(dāng)于對(duì)激勵(lì)圖信號(hào)進(jìn)行建模，將激勵(lì)圖信號(hào)建模為利于分辨率測(cè)試的全息圖信號(hào)，其中的全息圖包含復(fù)振幅信息，再現(xiàn)之后可以得到空間的全息圖像或三維圖像。在該步驟中，全息圖信號(hào)為從最小空間頻率0到最大空間頻率Fmax之間的一系列空間頻點(diǎn)的黑白光柵圖信號(hào)，全息圖信號(hào)的最大空間頻率小于全息顯示器件的最大空間頻率。將二維圖信號(hào)編碼調(diào)制形成全息圖信號(hào)，并從0-max進(jìn)行空間頻率調(diào)制，可依次得到某一斷面的不同空間頻率的全息斷面圖像。

優(yōu)選的是，黑白光柵圖的成像寬度為全息顯示器件在某一深度平面的可顯示寬度。通過(guò)控制全息圖信號(hào)的成像寬度，從而保證全息斷面圖像的完整性，獲得準(zhǔn)確的灰度信息。黑白光柵圖信號(hào)作為某一深度平面的輸入圖形，經(jīng)編碼計(jì)算得到全息復(fù)振幅分布后，將復(fù)振幅編碼為全息顯示器件可承載全息圖信號(hào)加載在全息顯示器件上。

該步驟在測(cè)試深度范圍ZC內(nèi)選定一個(gè)確定的深度平面Z0，以空間頻率f為變量進(jìn)行建模。也就是說(shuō)，該步驟將得到的一系列具有不同空間頻率f的光柵按照深度平面與全息顯示器件的空間位置關(guān)系計(jì)算全息衍射計(jì)算及編碼，得到不同空間頻率的攜帶有全息圖特性的光柵圖。

步驟3)：將處于設(shè)定深度范圍內(nèi)的每一個(gè)全息圖信號(hào)，依次設(shè)定不同深度、不同空間頻率，使得不同深度、不同空間頻率的全息圖信號(hào)能依次顯示在相應(yīng)的深度平面。

在該步驟中，將建模得到的全息圖信號(hào)分別加載到全息顯示器件進(jìn)行光學(xué)再現(xiàn)，即全息圖信號(hào)經(jīng)過(guò)全息顯示器件形成顯示在一定深度平面的影像，根據(jù)全息圖信號(hào)的不同空間頻率，影像具有不同的光柵空間頻率的特性。

將激勵(lì)圖信號(hào)編碼后得到的全息圖信號(hào)加載到全息顯示器件，依次進(jìn)行不同深度、不同空間頻率的全息斷面圖像顯示。優(yōu)選的是，同一深度平面的全息圖信號(hào)的空間頻率，根據(jù)等差的方式依次設(shè)定。根據(jù)不同空間頻率的圖顯示規(guī)律，保證空間頻率抽樣的便捷性。

步驟4)：記錄全息圖信號(hào)顯示在相應(yīng)的深度平面的全息斷面圖像，直至獲得全息圖信號(hào)在不同深度平面、不同空間頻率的所有全息斷面圖像。

在該步驟中，利用高分辨率的圖固定設(shè)備，例如相機(jī)，可以在觀察位置采集記錄在一定深度獲得的攜帶有不同空間頻率特性的影像。獲得全息圖信號(hào)在不同深度平面、不同空間頻率的全息斷面圖像的步驟具體包括：

選定某一深度的全息圖信號(hào)；

設(shè)定該深度的全息圖信號(hào)的空間頻率，使得全息圖信號(hào)顯示在相應(yīng)的深度平面；

記錄該全息圖信號(hào)在對(duì)應(yīng)深度平面和對(duì)應(yīng)空間頻率的全息斷面圖像；

改變?cè)撋疃热D信號(hào)的空間頻率，使得該全息圖信號(hào)以其他不同于上述設(shè)定空間頻率的多個(gè)空間頻率的全息圖信號(hào)顯示在相應(yīng)的深度平面，并相應(yīng)記錄全息斷面圖像；

選定其他不同于上述選定深度的全息圖信號(hào)，使得該全息圖信號(hào)以多個(gè)不同空間頻率顯示在相應(yīng)的深度平面，并相應(yīng)記錄全息斷面圖像；

重復(fù)上述過(guò)程，直至設(shè)定深度范圍內(nèi)的每一深度的不同空間頻率的全息斷面圖像均顯示在相應(yīng)的深度平面。

通過(guò)以上步驟，相當(dāng)于循環(huán)上述步驟2)和步驟3)，在步驟4)使用相機(jī)在觀察位置對(duì)一定的深度平面Z0對(duì)焦，記錄輸出的全息斷面圖像。改變?nèi)D信號(hào)的空間頻率，使得全息圖信號(hào)以多個(gè)不同空間頻率顯示在相應(yīng)的深度平面，通過(guò)獲得不同深度、不同空間頻率的全息斷面圖像顯示，進(jìn)而獲得多個(gè)頻點(diǎn)的圖像對(duì)比度調(diào)制值，為對(duì)比度調(diào)制函數(shù)的曲線繪制做準(zhǔn)備。

優(yōu)選的是在設(shè)定深度范圍ZC內(nèi)，全息圖信號(hào)進(jìn)行顯示與記錄的深度順序，根據(jù)從小到大、等差的方式依次選定。根據(jù)不同深度的全息斷面圖像顯示規(guī)律，保證全息圖信號(hào)編碼的便捷性，也保證遍歷全息圖細(xì)節(jié)。

當(dāng)然，該步驟中獲得全息圖信號(hào)在不同深度平面、不同空間頻率的全息斷面圖像的過(guò)程，也可以先選定某一確定的空間頻率，然后對(duì)該空間頻率、不同深度的全息圖信號(hào)分別進(jìn)行配置，直至所有空間頻率的、在設(shè)定深度范圍ZC內(nèi)的不同深度的全息斷面圖像顯示全部被顯示并記錄完畢，這里不做限定。

步驟5)：根據(jù)全息斷面圖像，獲得不同深度、不同空間頻率的圖像特征曲面，圖像特征曲面中包括全息顯示器件的光學(xué)分辨特性。

在該步驟中，根據(jù)設(shè)定的全息圖信號(hào)的深度和空間頻率，全息斷面圖像顯示在相應(yīng)的深度平面并被采集。根據(jù)全息斷面圖像，獲得不同深度、不同空間頻率的圖像特征曲面的步驟包括：

根據(jù)處于同一深度平面、不同空間頻率的全息斷面圖像的灰度對(duì)比度，得到一定深度平面的各空間頻點(diǎn)的對(duì)比度調(diào)制函數(shù)值；

根據(jù)一定深度平面的各空間頻點(diǎn)的對(duì)比度調(diào)制函數(shù)值計(jì)算得到相應(yīng)深度的各空間頻點(diǎn)的調(diào)制傳遞函數(shù)值，并將調(diào)制傳遞函數(shù)值擬合為調(diào)制傳遞函數(shù)曲線；

將多個(gè)不同深度平面的多條調(diào)制傳遞函數(shù)曲線擬合為圖像特征曲面，圖像特征曲面中包括全息顯示器件的光學(xué)分辨特性。

這里，選定不同的深度平面Z0，重復(fù)上述設(shè)定平面深度、空間頻率、成像以及記錄的過(guò)程，可以測(cè)試得到不同深度平面不同頻點(diǎn)的對(duì)比度調(diào)制函數(shù)值(簡(jiǎn)稱(chēng)CTF)，進(jìn)而得到調(diào)制傳遞函數(shù)值。也即，分析得到不同空間頻率的黑白光柵輸出圖像的灰度對(duì)比度可以得到各空間頻點(diǎn)的CTF值，根據(jù)CTF值可以計(jì)算得到各頻點(diǎn)調(diào)制傳遞函數(shù)值，并可將調(diào)制傳遞函數(shù)值擬合為調(diào)制傳遞函數(shù)曲線，該調(diào)制傳遞函數(shù)曲面即圖像特征曲面，從而得到全息顯示器件的光學(xué)分辨特性。

其中，一定深度平面的各空間頻點(diǎn)的對(duì)比度調(diào)制函數(shù)值的計(jì)算公式為：

CTF(f)＝(Vmax-Vmin)/(Vmax+Vmin)，

其中：f為當(dāng)前深度平面的某一空間頻率，Vmax、Vmin分別為當(dāng)前深度平面、當(dāng)前空間頻率的全息斷面圖像的最大灰度值和最小灰度值。計(jì)算對(duì)比度調(diào)制函數(shù)值，能獲得空間頻點(diǎn)，為對(duì)比度調(diào)制函數(shù)曲線做準(zhǔn)備。

根據(jù)一定深度平面的各空間頻點(diǎn)的對(duì)比度調(diào)制函數(shù)值計(jì)算得到相應(yīng)深度的各空間頻點(diǎn)的調(diào)制傳遞函數(shù)值的計(jì)算方式為：

MTF(f)＝π/4*[CTF(f)-CTF(3f)/3+CTF(5f)/5+……]；

其中：CTF(f)為當(dāng)前深度平面的某一空間頻率的對(duì)比度調(diào)制函數(shù)值。

計(jì)算調(diào)制傳遞函數(shù)值，能獲得空間頻點(diǎn)，為調(diào)制傳遞函數(shù)曲線做準(zhǔn)備。

在每一個(gè)成像深度測(cè)量一個(gè)空間頻率f的灰度對(duì)比度(CTF值)并計(jì)算得到調(diào)制傳遞函數(shù)值，依次測(cè)量多個(gè)空間頻率，即可得到這個(gè)深度上的調(diào)制傳遞函數(shù)曲線；測(cè)量多個(gè)深度位置，可以得到多條曲線，如圖2所示為在不同深度平面測(cè)試得到的調(diào)制傳遞函數(shù)曲線，其包括一族隨深度Z值而異的曲線。并且，基于光學(xué)系統(tǒng)的連續(xù)性，可以基于多條曲線的數(shù)據(jù)，擬合出一個(gè)曲面，即根據(jù)所有測(cè)試數(shù)據(jù)將曲線族擬合為如圖3所示的關(guān)于深度Z和空間頻率f的調(diào)制傳遞函數(shù)曲面，其中虛線代表的值是擬合計(jì)算得到的，而非真實(shí)測(cè)量值。

全息顯示分辨率與平板顯示分辨率不同，平板顯示分辨率是由全息顯示器件的光調(diào)制單元決定的，是確定的數(shù)值。全息顯示系統(tǒng)是一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)，從完全可分辨到完全不可分辨之間存在一個(gè)逐漸模糊的過(guò)程，本實(shí)施例中的調(diào)制傳遞函數(shù)值實(shí)質(zhì)上就是反映模糊程度。圖像模糊與待顯示圖像的空間頻率、成像的位置有關(guān)，因此研究全息顯示的分辨率就是研究圖像模糊程度隨圖像的空間頻率、成像位置變化的規(guī)律。因而，根據(jù)全息斷面圖像，獲得不同深度、不同空間頻率的圖像特征曲面，即可獲得全息顯示器件的光學(xué)分辨特性。

圖像特征曲面中包括了調(diào)制傳遞函數(shù)值隨空間頻率、成像位置(即深度)變化的關(guān)系。在某一空間位置、空間頻率下，調(diào)制傳遞函數(shù)值越大，越接近1，說(shuō)明全息顯示器件在同一位置顯示具有相同空間頻率的圖像時(shí)越清晰，全息顯示圖像的可分辨性越好；調(diào)制傳遞函數(shù)值越小，越接近0，說(shuō)明全息顯示器件顯示的圖像越模糊，越難以分辨。實(shí)際操作中，通過(guò)設(shè)定調(diào)制傳遞函數(shù)值的最低閾值可以劃定觀察者可接受的顯示質(zhì)量(清晰程度)，據(jù)此可以在調(diào)制傳遞函數(shù)曲面上劃定系統(tǒng)的顯示的空間深度和空間頻率范圍。在全息計(jì)算的三維模型采樣和抽樣階段，劃定的深度范圍和空間頻率范圍可以指導(dǎo)采樣范圍的選取和空間采樣頻率的設(shè)定，降低采集的數(shù)據(jù)量，提高運(yùn)算效率。

該全息顯示分辨能力的測(cè)試方法，用黑白光柵的數(shù)字建模與計(jì)算全息編碼替代了光學(xué)測(cè)試中的實(shí)體黑白光柵輸入，通過(guò)測(cè)量全息成像系統(tǒng)在不同成像深度的調(diào)制傳遞函數(shù)曲線、構(gòu)建調(diào)制傳遞函數(shù)曲線隨成像深度和空間頻率變化的情況，利用不同深度的調(diào)制傳遞函數(shù)曲線形成調(diào)制傳遞函數(shù)曲面，得到的調(diào)制傳遞函數(shù)曲面即圖像特征曲面，其具有空間頻率和空間深度兩個(gè)評(píng)價(jià)維度，從而用來(lái)表征全息三維顯示系統(tǒng)成像能力，可以較全面地反映全息顯示光學(xué)系統(tǒng)在三維空間的成像能力，指導(dǎo)全息數(shù)據(jù)采樣階段的采樣范圍和采樣頻率，為全息顯示的分辨率提供一種測(cè)量表征方法，可為全息顯示系統(tǒng)的評(píng)測(cè)、全息計(jì)算中采樣點(diǎn)數(shù)的確定提供數(shù)據(jù)支持。

實(shí)施例2：

本實(shí)施例提供一種全息顯示分辨能力的測(cè)試系統(tǒng)，用于測(cè)定全息顯示器件的顯示分辨率。全息顯示系統(tǒng)對(duì)空間三維成像，本實(shí)施例借鑒二維成像光學(xué)系統(tǒng)的調(diào)制傳遞函數(shù)測(cè)試方法，結(jié)合測(cè)試不同深度Z方向的光學(xué)分辨特性，計(jì)算全息編碼技術(shù)對(duì)全息顯示器件進(jìn)行調(diào)制傳遞函數(shù)測(cè)試，用以表征全息顯示器件的成像能力。

本實(shí)施例中，全息顯示分辨能力的測(cè)試系統(tǒng)框圖和結(jié)構(gòu)圖分別如圖4和圖5所示，該全息顯示分辨能力的測(cè)試系統(tǒng)包括編碼單元2、配置單元3、圖像采集單元4、計(jì)算單元5，以下將分別說(shuō)明各單元或模塊的結(jié)構(gòu)和功能。

編碼單元2，用于對(duì)向全息顯示器件1輸入的激勵(lì)圖信號(hào)進(jìn)行編碼，編碼后的激勵(lì)圖信號(hào)形成設(shè)定深度范圍內(nèi)的具有不同深度的多個(gè)全息圖信號(hào)。這里，激勵(lì)圖信號(hào)為二維圖信號(hào)，全息圖信號(hào)輸入全息顯示器件1能顯示三維全息圖；編碼單元2功能類(lèi)同一個(gè)黑白光柵數(shù)字模塊21，用于將二維圖信號(hào)編碼為從最小空間頻率0到最大空間頻率Fmax之間的一系列空間頻點(diǎn)的黑白光柵圖信號(hào)，全息圖信號(hào)的最大空間頻率小于全息顯示器件1的最大空間頻率。這里，編碼單元2對(duì)二維圖信號(hào)的編碼調(diào)制方式為：使得全息圖信號(hào)遍歷在不同的深度、且具有從0-max的空間頻率，從而能得到某一斷面的不同空間頻率的全息斷面圖像。

優(yōu)選的是，黑白光柵圖的成像寬度為全息顯示器件在某一深度平面的可顯示寬度。通過(guò)控制全息圖信號(hào)的成像寬度，能保證全息斷面圖像的完整性，獲得準(zhǔn)確的灰度信息。

配置單元3，用于將處于設(shè)定深度范圍內(nèi)的每一個(gè)全息圖信號(hào)，依次設(shè)定不同深度、不同空間頻率，使得不同深度、不同空間頻率的全息圖信號(hào)能依次顯示在相應(yīng)的深度平面。優(yōu)選在配置單元3中，在設(shè)定深度范圍內(nèi)，全息圖信號(hào)進(jìn)行顯示與記錄的深度順序，根據(jù)從小到大、等差的方式依次選定。通過(guò)設(shè)計(jì)不同深度的全息斷面圖像的顯示規(guī)律，能保證全息圖信號(hào)調(diào)制的便捷性。

同理，在配置單元3中，同一深度平面的全息圖信號(hào)的空間頻率，根據(jù)等差的方式依次設(shè)定。通過(guò)設(shè)計(jì)同一深度平面、不同空間頻率的全息斷面圖像顯示規(guī)律，保證空間頻率抽樣的便捷性。

在配置單元3中對(duì)全息圖信號(hào)的配置，可以先選定某一確定的深度，然后對(duì)該深度、不同空間頻率的全息圖信號(hào)分別進(jìn)行配置，直至設(shè)定深度范圍內(nèi)的每一深度的不同空間頻率的全息斷面圖像能被全息顯示器件1全部記錄完畢；也可以先選定某一確定的空間頻率，然后對(duì)該空間頻率、不同深度的全息圖信號(hào)分別進(jìn)行配置，直至所有空間頻率的、在設(shè)定深度范圍ZC內(nèi)的不同深度的全息斷面圖像能被全息顯示器件1全部記錄完畢，具體采用哪種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)這里不做限定。

全息顯示器件1，接收全息圖信號(hào)并使得不同深度、不同空間頻率的全息圖信號(hào)依次顯示在相應(yīng)的深度平面，即顯示在光柵顯示61的位置。其中與全息顯示分辨率相關(guān)的器件主要包括照明模塊11、空間光調(diào)制器12，其中的照明模塊11提供成像光束，空間光調(diào)制器12用于在X-Y平面內(nèi)加載全息圖信號(hào)，并通過(guò)全息成像光束投向Z軸方向，在空間內(nèi)形成全息斷面圖像(多個(gè)全息斷面圖像的層疊即得到全息立體影像)。

圖像采集單元4，用于記錄全息圖信號(hào)顯示在相應(yīng)的深度平面的全息斷面圖像，直至獲得全息圖信號(hào)在不同深度平面、不同空間頻率的所有全息斷面圖像。優(yōu)選的是，圖像采集單元4為相機(jī)41，相機(jī)41的分辨空間頻率大于全息圖信號(hào)的最大空間頻率。為保證測(cè)試的準(zhǔn)確性，相機(jī)41所能分辨的空間頻率應(yīng)遠(yuǎn)大于Fmax以保證對(duì)測(cè)試結(jié)果無(wú)明顯影響，若相機(jī)41自身的調(diào)制傳遞函數(shù)特性對(duì)成像有較大影響，須使用相機(jī)的調(diào)制傳遞函數(shù)值對(duì)原始測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)償(補(bǔ)償方法可以為多種，可根據(jù)情況設(shè)計(jì)，這里不做限定)。在滿足附加特征——圖像采集單元的分辨率要求的條件下，能獲得準(zhǔn)確的灰度信息，獲得全息斷面圖像的多個(gè)空間頻點(diǎn)，為對(duì)比度調(diào)制函數(shù)的曲線繪制做準(zhǔn)備。

計(jì)算單元5，用于根據(jù)全息斷面圖像，獲得不同深度、不同空間頻率的圖像特征曲面，圖像特征曲面中包括全息顯示器件1的光學(xué)分辨特性。優(yōu)選的是，計(jì)算單元5包括對(duì)比度調(diào)制函數(shù)計(jì)算模塊、調(diào)制傳遞函數(shù)計(jì)算模塊和合成模塊，其中：

對(duì)比度調(diào)制函數(shù)計(jì)算模塊，用于根據(jù)處于同一深度平面、不同空間頻率的全息斷面圖像的灰度對(duì)比度，得到一定深度平面的各空間頻點(diǎn)的對(duì)比度調(diào)制函數(shù)值。在對(duì)比度調(diào)制函數(shù)計(jì)算模塊中，一定深度平面的各空間頻點(diǎn)的對(duì)比度調(diào)制函數(shù)值的計(jì)算公式為：

CTF(f)＝(Vmax-Vmin)/(Vmax+Vmin)，

其中：f為當(dāng)前深度平面的某一空間頻率，Vmax、Vmin分別為當(dāng)前深度平面、當(dāng)前空間頻率的全息斷面圖像的最大灰度值和最小灰度值。通過(guò)計(jì)算對(duì)比度調(diào)制函數(shù)值，獲得空間頻點(diǎn)，為對(duì)比度調(diào)制函數(shù)曲線做準(zhǔn)備。

調(diào)制傳遞函數(shù)計(jì)算模塊，用于根據(jù)一定深度平面的各空間頻點(diǎn)的對(duì)比度調(diào)制函數(shù)值計(jì)算得到相應(yīng)深度的各空間頻點(diǎn)的調(diào)制傳遞函數(shù)值，并將調(diào)制傳遞函數(shù)值擬合為調(diào)制傳遞函數(shù)曲線。在調(diào)制傳遞函數(shù)計(jì)算模塊中，根據(jù)一定深度平面的各空間頻點(diǎn)的對(duì)比度調(diào)制函數(shù)值計(jì)算得到相應(yīng)深度的各空間頻點(diǎn)的調(diào)制傳遞函數(shù)值的計(jì)算方式為：

MTF(f)＝π/4*[CTF(f)-CTF(3f)/3+CTF(5f)/5+……]。

其中：CTF(f)為當(dāng)前深度平面的某一空間頻率的對(duì)比度調(diào)制函數(shù)值，通過(guò)計(jì)算調(diào)制傳遞函數(shù)值，獲得空間頻點(diǎn)，為調(diào)制傳遞函數(shù)曲線做準(zhǔn)備。

合成模塊，用于將多個(gè)不同深度平面的多條調(diào)制傳遞函數(shù)曲線擬合為圖像特征曲面，圖像特征曲面包括全息顯示器件的光學(xué)分辨特性。

本實(shí)施例的全息顯示分辨能力的測(cè)試系統(tǒng)，通過(guò)測(cè)量全息成像器件在不同成像深度的調(diào)制傳遞函數(shù)曲線構(gòu)建調(diào)制傳遞函數(shù)值隨成像深度和空間頻率變化的情況，利用不同深度的調(diào)制傳遞函數(shù)曲線形成調(diào)制傳遞函數(shù)曲面，得到的調(diào)制傳遞函數(shù)曲面即圖像特征曲面，其具有空間頻率和空間深度兩個(gè)評(píng)價(jià)維度，從而用來(lái)表征全息三維顯示系統(tǒng)成像能力，可以較全面地反映全息顯示光學(xué)系統(tǒng)在三維空間的成像能力，指導(dǎo)全息數(shù)據(jù)采樣階段的采樣范圍和采樣頻率，為全息顯示的分辨率提供一種測(cè)量表征方法，可為全息顯示系統(tǒng)的評(píng)測(cè)、全息計(jì)算中采樣點(diǎn)數(shù)的確定提供數(shù)據(jù)支持。

可以理解的是，以上實(shí)施方式僅僅是為了說(shuō)明本發(fā)明的原理而采用的示例性實(shí)施方式，然而本發(fā)明并不局限于此。對(duì)于本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員而言，在不脫離本發(fā)明的精神和實(shí)質(zhì)的情況下，可以做出各種變型和改進(jìn)，這些變型和改進(jìn)也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。