[发明专利]全息图生成方法

说明书

技术领域

本发明涉及光学成像领域，尤其涉及一种新颖的全息图生成方法。

背景技术

全息图及全息投影在我们的日常生活及工作生产中有着广泛的应用前景。其可用于图像显示、对象识别的相关器、通讯、光刻等领域。尤其在显示领域，全息投影技术有着突出的优势，例如其对于入射光能的利用效率远高于现有技术，且从根本原理上保证产生的图像永不会有坏点。现代电子光调制芯片如光学引擎(Liquid Crystal on Silicon)、数字微镜(Digital Micromirror Device)等设备的发展无疑为其大规模应用打下了基础。但是困扰计算机生成全息图的一大问题是由于量化过程产生的严重噪声。传统的解决方法是利用盖师贝格-撒克斯通(Gerchberg-Saxton)、模拟退火(simulated annealing)，直接二元搜索(direct binary search)及其衍生的方法来提高单帧图像质量，减小噪声。盖师贝格-撒克斯通通过精炼相位来提高图像质量，模拟退火(simulated annealing)，直接二元搜索(direct binary search)都是搜索算法，其共同的缺点是效果受迭代次数影响，运算量过大，根本无法应用于实时显示等对运算速度有要求的领域。且接近一定极限后增加迭代次数再也无法有效减小噪声。此外，专利CN100595698和专利CN101310225中介绍了通过在短时间内快速迭加子帧，从而消除一定时间内整体噪声的技术。结合先前所述的单帧图像相位精炼的方法，其效果可分别达到单帧图像噪声方差的1/N和1/N²，N为叠加的子帧数量，但实际中其效果仍不够理想，技术上还有待提高。

发明内容

针对现有技术的上述不足，本发明的发明人开发出了一种新颖的全息图生成方法。

具体地，本发明提出了一种全息图生成方法，包括：

a)对目标图像进行相位分布计算，以获得第一振幅相位分布；

b)基于所述第一振幅相位分布进行全息变换，以获得第一全息图，其中通过衍射效应(实际中，使用计算机模拟物理上衍射效应，即相应的逆全息变换)能从该第一全息图像获得第一还原图像；

c)基于所述目标图像和第一还原图像之间的像差以及所述第一振幅相位分布来确定第二振幅相位分布；

d)基于所述第二振幅相位分布进行全息变换，以获得第二全息图像。

根据本发明的一个优选实施例，在上述全息图生成方法中，所述基于所述目标图像和第一还原图像之间的像差以及所述第一振幅相位分布来确定第二振幅相位分布的步骤进一步包括：基于所述第一还原图像和所述第一振幅相位分布计算一弥补强度；以及基于所述弥补强度和所述第一振幅相位分布来计算所述第二振幅相位分布。

根据本发明的一个优选实施例，在上述全息图生成方法中，通过所述第二全息图像可以获得一第二还原图像。

根据本发明的一个优选实施例，在上述全息图生成方法中，所述全息变换为傅里叶变换、快速傅里叶变换、分数傅里叶变换、角频谱空间传播方法或波导变换。

根据本发明的一个优选实施例，上述全息图生成方法还可以包括：设定一迭代次数M，所述迭代次数是大于2的自然数；在所述步骤d)之后迭代执行基于像差和前一振幅相位分布来确定后一振幅相位分布的步骤以及基于所述后一振幅相位分布进行全息变换以获得后一全息图像的步骤M次。

根据本发明的一个优选实施例，上述全息图生成方法还可以包括：在所述步骤a)之前，对目标图像进行盖师贝格-撒克斯通、刘-泰戈、模拟退火或直接二元搜索等，以提炼出优化相位；以及在步骤b)中，用所述优化相位替代所述第一振幅相位分布的相位分量。

根据本发明的一个优选实施例，在上述全息图生成方法中，所述第二振幅相位分布通过以所述目标图像和第一还原图像之间的像差为反馈改变所述第一振幅相位分布的振幅，以使所述第二还原图像与所述目标图像之间的像差小于所述第一还原图像与所述目标图像之间的像差。

根据本发明的另一个方面，提供了一种全息图生成方法，包括：

a)输入一图像，该图像由N个子帧叠加构成；

b)将所述N个子帧中的每一个作为目标图像分别执行如权利要求1所述的全息图生成方法，以获得所述每一个子帧的全息图像；以及

c)将所述每一个子帧的全息图像进行叠加，以获得所述图像的全息图像。

根据本发明的一个优选实施例，在上述全息图生成方法中，所述N个子帧依次排序，且下一子帧的能量分布基于前面所有子帧的能量分布而确定。