计算机制实际物体彩色全息图的理论与技术研究

论文摘要

全息术作为一种重要的三维显示技术,因其立体显示过程完全与人类立体视觉的生理和心理因素相匹配,因而被称作是真正的三维显示技术。尽管全息显示理论已基本趋于完善,但实用全息显示与人们的期望还相差甚远。研究实用全息显示,具有重要的现实意义。由于相干性和稳定性要求,包括人像在内的实际场景的三维显示是光学全息勉为其难的。利用计算全息进行三维显示的意义在于,不仅仅是因为完全节省了相干光源以及要求相当精密的光路设置,更为重要的是可以进行实际场景的三维显示,而且还能模拟各种虚拟物体,故具有明显的简易性与灵活性。彩色全息术因其能显示三维的彩色像而极具现场性,本课题选取彩色人像的三维显示作为研究目标,是因为彩色人像的立体显示更具实用意义,同时,相对一般彩色自然场景而言,人像的颜色变化引起视觉敏感性强,有利于判断颜色匹配的正确性,以便为制作高质量的彩色全息图的研究提供依据。本论文主要包括四部分内容：一、三维显示技术发展综述。详细回顾了三维显示研究的历史和现状,分析了光学全息、计算全息和数字全息对三维显示技术的影响以及发展趋势；阐述了本论文研究的基本思想和方法。二、彩色计算全息的基本算法。包括对计算菲涅耳全息的基本算法以及其离散化采样问题,同时对彩色彩虹计算全息图的算法进行了全面分析,包括单色全息和彩色全息的内在关系、彩色全息图的再现和色串扰的消除等问题。三、彩色计算全息颜色匹配。详细研究了计算全息颜色的传递过程,针对计算波长、再现光谱,对彩色计算全息的颜色匹配进行了全面的分析,对于计算彩色菲涅耳全息和计算彩色彩虹全息两套显色系统的显色能力进行了详细分析。四、实际物体彩色计算全息图的制作技术。主要包括三个部分：第一、利用彩色数字三维扫描仪获取实际物体的三维彩色信息技术；第二、按照光波的传播规律对数据进行处理获取计算全息用的物光波,根据计算全息和光学全息结合的方法设计全息图计算参数,模拟全息干涉原理计算三分色菲涅耳全息图；第三、计算全息图的缩微输出技术,利用自行研制的计算全息图输出系统将三分色菲涅耳全息图输出在全息记录介质上,再结合光学全息制作实际物体彩色全息图。本文在研究彩色计算全息图基本算法、计算全息颜色匹配等问题的基础上,提出了一套采用计算全息制作实际物体彩色全息图的技术,首先从理论上证明了该方法的可行性,然后通过大量实验成功实现了实际物体的全息三维显示,为计算全息技术的实用化奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 三维显示技术发展综述
• 1.1.1 非全息三维显示
• 1.1.2 光学全息三维显示
• 1.1.3 计算机辅助合成全息显示
• 1.2 计算机制全息图概述
• 1.3 计算机制实际物体彩色全息图的现实意义
• 第二章 彩色计算全息算法基本理论
• 2.1 计算机制全息基本原理
• 2.2 菲涅耳计算全息
• 2.2.1 菲涅耳计算全息算法原理
• 2.2.2 菲涅耳计算全息抽样
• 2.3 彩色彩虹全息图算法
• 2.3.1 单色全息图和彩色全息图的内在关系
• 2.3.2 全息图的彩色再现和色串扰的消除
• 2.3.3 计算彩色彩虹全息图算法
• 2.3.4 抽样频率
• 2.3.5 线全息图的大小
• 第三章 彩色计算全息颜色匹配
• 3.1 彩色计算全息颜色传递过程
• 3.2 彩色计算全息颜色系统光谱刺激值
• 3.2.1 计算彩色菲涅耳全息颜色系统光谱刺激值
• 3.2.2 计算彩色彩虹全息颜色系统光谱刺激值
• 3.3 彩色全息再现像颜色误差估算
• 3.3.1 颜色样品的三刺激值
• 3.3.2 色差的计算
• 第四章 实际物体彩色计算全息图制作技术
• 4.1 实际物体的三维彩色信息获取技术
• 4.2 计算全息图输出技术
• 4.3 计算全息和光学全息结合制作实际物体彩色全息图
• 4.3.1 实验
• 4.3.2 实验结果
• 4.4 实验结果分析和讨论
• 第五章 总结与展望
• 5.1 工作总结
• 5.2 下一步工作展望
• 参考文献
• 攻读学位期间取得的研究成果
• 致谢