“激光直写”大面积拼接透射彩色数字合成全息图的制作方法

论文摘要

自二十世纪末,随着数字技术的发展,全息术也进入了新的发展阶段。其中在显示全息领域,随着计算机控制、图像处理、空间光调制器等技术的发展,使得自动化拍摄大面积合成全息图成为可能,数字合成全息图应运而生。如何以数字化、自动化的方式制作大面积、大视场、全视差、真彩色的数字合成全息图成为世界各国显示全息技术研究的热点之一。本文对国内外合成全息的发展和现有技术进行了调研和综述,基于中国海洋大学光信息处理实验室研制开发的数字合成全息系统,在理论分析和大量前期实验的工作基础上,提出一种“激光直写”大面积拼接透射彩色数字合成全息图的制作方法。本文的“激光直写”方法具体的说是一种“激光干涉点阵拍摄技术”,即一步法直接拍摄出可白光再现的点阵全息图,此方法适用于激光直写自动化拍摄过程;并且加入角度分区假彩色编码技术,实现了数字合成全息图的彩色化;同时以拼接方法实现大幅面显示。其制作流程主要包括三个步骤:1、三维场景的采样,其拍摄场景可以是真实场景也可以是计算机生成的三维虚拟场景;2、图像预变换处理,包括视差信息处理和彩色编码两方面,主要通过计算机软件编程实现;3、自动化的激光全息记录过程、后期处理及大面积拼接。该方法的研究主要包括两个核心内容:一是全彩色透射合成全息图的一步干涉全自动拍摄方法,二是与该方法相配合的数字图像预变换方法。本文的工作重点是:1.光路设计:研究全彩色数字合成全息图的激光直写的干涉记录光路;2.图像预变换处理:设计并编写图像预变换的程序,在完成三维图像视差信息合成的同时,实现彩色编码功能;3.光学元件设计:设计并制作光路中核心光学元件。本文的主要内容包括:第一部分,对合成全息技术的发展背景和现状进行了综述。第二部分,介绍了本文涉及的主要原理,包括全息基本原理,图像立体合成原理及一步法数字合成全息的图像预变换原理。第三部分,介绍了彩色编码的原理和实现方法,并为配合该方法设计了一种新的全息光学元件,主要完成多角度的光束定向偏转和会聚功能。第四部分,通过一幅大面积彩色合成全息图的拍摄实验,详细介绍了“激光直写”大面积拼接透射彩色数字合成全息图的制作方法。第五部分,对于实验结果进行讨论,对该方法拍摄的全息图进行了视场、颜色、畸变等各方面的分析,对此方法的优势和不足进行了评价,并给出了进一步工作的设想。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 前言
• 1.1 双眼立体视觉
• 1.2 全息术的早期发展
• 1.3 合成全息术
• 1.3.1 合成全息技术的出现
• 1.3.2 数字合成全息技术的发展
• 1.3.3 国内合成全息技术的发展现状
• 1.4 本文的工作意义及结构安排
• 2 “激光直写”数字合成全息图的制作原理
• 2.1 光全息的记录与再现原理
• 2.1.1 全息术的基本原理
• 2.1.2 像面彩虹全息图
• 2.2 双眼视差原理与立体合成原理
• 2.3 图像变换原理
• 2.3.1 原理的简化说明
• 2.3.2 图像变换方法
• 2.4 大面积全息图的拼接
• 2.5 其它问题的讨论
• 3 彩色编码原理
• 3.1 彩色全息图的种类
• 3.2 角度分区假彩色编码
• 3.2.1 颜色混合理论与三原色选择
• 3.2.2 角度分区假彩色编码的基本原理
• 3.2.3 彩色编码的计算
• 3.2.4 “色盘”验证实验
• 3.3 全息光学元件
• 4 实验过程
• 4.1 拍摄系统介绍
• 4.2 三维场景采样
• 4.3 采样图像的初步处理
• 4.4 图像的变换处理
• 4.5 全息拍摄
• 4.6 实验结果
• 5 实验结果讨论及下一步工作
• 5.1 关于彩色再现
• 5.1.1 彩虹全息及色模糊
• 5.1.2 与二步法彩色数字合成全息图的比较
• 5.1.3 颜色再现的准确性
• 5.1.4 照明光源
• 5.2 关于视场
• 5.3 关于畸变
• 5.3.1 产生畸变的原因
• 5.3.2 畸变的验证及矫正实验
• 5.4 关于另一种拍摄光路
• 5.5 总结与展望
• 6 附录
• 6.1 彩色编码程序
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 发表的学术论文