[发明专利]基于旋转调制单元的全视角三维全息显示系统及其方法

说明书

技术领域

本发明属于三维图像显示技术领域，涉及一种基于旋转调制单元的全视角三维全息显示系统及其方法。

背景技术

由于二维显示难以清楚准确表达第三维的深度信息，人们一直在致力于研究可显示立体场景的显示技术——三维图像显示技术。目前比主要的三维技术为视差三维图像显示技术，通过给观察者的双目提供不同视角的平面图像，由人脑合成获取三维显示效果。进一步，结合扫描技术，可以在360°的范围实现全视角的图像显示。但其基元图像是二维图像，若想获得连续的三维显示效果，需要大量的二维图像，对显示器件的刷新频率要求非常高，且由于体视技术不是真正意义上的三维显示，容易造成观察者视觉疲劳而影响了其推广应用。

计算全息三维显示的基本原理是用计算机模拟光学衍射过程，并用光调制器件代替传统全息记录材料，在光波传输路径的某一个平面上模拟衍射光的复振幅，实现三维图像信息的全记录，再通过光学衍射，复现出三维图像。它可以提供三维物体所有的深度信息，是一种真正意义上的三维显示技术。

但受调制器空间分辨率的限制，光调制器通过光学系统衍射直接生成的三维图像观察视角比较小。

专利 “一种全视角真三维显示方法和系统”（申请号201010577360.X）通过高速反射镜的扫描，实现小视角基元三维图像的合成，但其存在两个问题：1.采用单个反射镜，最多只能同时采用两个调制器件从反射镜片上下方入射调制信息，所以，若希望得到较大视角范围（甚至360°）的真三维图像显示，对调制器件的刷新频率要求很高；2.水平面内反射镜旋转扫描到不同角位置时，各基元三维图像的水平视角范围随垂直内视角方位的不同而变化，视角合成时在不同的垂直视角方位上存在图像的重叠或间隙，影响最终显示的效果。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，将调制器件的旋转和镜面反射技术相结合，采用具有一定刷新频率的光调制器件，将具有一定观察视角的基元计算全息三维图像顺序连结，依靠人眼的视觉滞留，实现360°全视角的三维图像显示。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种基于旋转调制器件的全息三维显示系统，其特征在于，包括：

—调制单元，其包括：用于加载傅里叶计算全息编码的空间光调制器、用于傅里叶变换空间光调制器的输出光信息并形成傅里叶全息三维图像的傅里叶变换透镜、用于将傅里叶全息三维图像镜面成像于目标图像显示区域的反射镜，该空间光调制器还连接有一控制光束入射时间的控制单元；

其中，该调制单元整体绕一旋转轴旋转，虚拟放置待显示三维图像于目标图像显示区域，目标图像显示区域为以旋转轴为中心的柱形区域，调制单元处于某角位置时，获取待显示三维图像关于该调制单元反射镜镜面的像，并以该镜像作为该调制单元空间光调制器需要显示的图像，计算其二维傅里叶计算全息编码，作为该调制单元空间光调制器在该角位置的对应输入编码。

该调制单元的傅里叶变换透镜采用透镜组或具有位相调制功能的衍射光学元件。

该控制单元为快门或光源电流控制器。

该调制单元的数量为两个，该反射镜为双面反射镜，两个调制单元共用同一个反射镜，分别位于反射镜两边，生成的三维图像分别关于各自反射面和目标图像显示区的虚置待显示三维图像成镜像关系。

该调制单元的数量为三个或三个以上，调制单元和旋转轴存在一定距离，各调制单元绕旋转轴圆周均匀分布，该反射镜为单面或双面反射镜。

另外，本发明还提供一种基于旋转调制器件的全息三维显示系统的显示方法，其包括以下步骤：

a、建立xyz轴坐标，设置单个或多个调制单元绕旋转轴同步旋转，旋转轴和z轴重合；

b、虚拟放置待显示三维图像于目标图像显示区域，目标图像显示区域为以旋转轴为中心的柱形区域；

c、调制单元处于某角位置时，获取待显示三维图像关于该调制单元反射镜镜面的像，并以该镜像作为该调制单元空间光调制器需要显示的图像，计算其二维傅里叶计算全息编码，作为该调制单元空间光调制器在该角位置的对应输入编码；

d、确定各角位置：角位置0、角位置1…角位置n…；

e、调制单元绕旋转轴高速旋转，调制单元运动到任一角位置时，控制单元控制光入射，该调制单元空间光调制器同步输入对应计算全息编码，实现360°全视角的三维图像显示。

与现有技术相比较，本发明具备如下优势，