[发明专利]实时绘制并生成计算机生成视频全息图的方法

说明书

本申请是发明名称为“实时绘制并生成计算机生成视频全息图的方法”，申请号为200780013157.6(国际申请号为PCT/EP2007/053568)，申请日为2007年4月12日的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种从有深度信息的三维图像数据中实时绘制并且生成计算机生成视频全息图CGVH的方法。关于绘制过程，本发明涉及3D绘制管线或者图形管线，其描述了从三维景象的矢量、数学描述到显示器屏幕像素图像的运算法则。三维图像数据包含深度信息，通常也包含关于材料和表面性能的附加信息。关于全息图数据的生成，本发明涉及景象分段转换，转换中描述了光波的传播。在三维对象或者三维景象的全息重建过程中，光波前通过相干光波的干涉和叠加产生。

经典的全息图用摄影术或者另一种适当的干涉图形式的方法存储，与经典全息图不同，计算机生成视频全息图CGVH作为从三维景象序列获得的全息数据的计算结果的形式存在并且以电子方式存储。已调制光能够在观察者眼前的区域以可控制振幅和相位值的光波前的形式产生干涉传播，上述的光波前因此重建三维景象。通过控制有视频全息图的全息值的空间光调制器SLM产生在像素中调制并且从显示屏中发出的波场，以按需要通过在重建空间中产生干涉来重建三维景象。

全息显示装置典型地包含通过电子影响照明光的振幅以及/或者相位重建对象点的可控制像素安排。这样的安排形成空间光调制器SLM或者，更为普遍地，形成光调制器装置。显示装置可选择地为连续型而非矩阵型。例如，其可以是连续的空间光调制器SLM，包括有矩阵控制的连续空间光调制器SLM或者声光调制器AOM。液晶显示器LCD作为这种通过光图样的空间振幅调制的方式重建视频全息图的适宜显示装置的例子。然而，本发明也可以应用于其他使用干涉光调制光波前的可控制装置。

在本专利文件中，术语“像素”指空间光调制器SLM中的可控制全息像素；像素通过全息点的离散值单独地寻址和控制。每一个像素表示视频全息图的一个全息点。在液晶显示器LCD中，术语“像素”因此用于显示屏的可单独寻址图像点。在DLP中，术语“像素”用于个别微反射镜或者小微反射镜群。在连续的空间光调制器SLM中，“像素”是表示复杂全息点的空间光调制器SLM的过渡区。术语“像素”因此通常指能够表示或者显示复杂全息点的最小单元。

背景技术

电脑生成视频全息图可以例如应用WO 2004/044659号专利文件中申请人已经说明的全息显示装置进行重建。观察者通过至少一个比眼睛瞳孔大的虚拟观察者窗口看向显示屏。

“观察者窗口”是有限的虚拟区域，通过该区域观察者可以有足够的可见度观察到整个三维景象的重建。观察者窗口位于观察者眼睛上或者在观察者眼睛附近。观察者窗口可以在X、Y和Z方向移位。在观察者窗口中，波场干涉使得观察者可以看到重建对象。窗口位于观察者眼睛附近并且在已知的位置检测和跟踪系统的帮助下可以跟踪到真实的观察者位置。因此它们最好被限制到仅仅略大于眼睛瞳孔的大小。可以使用两个观察者窗口，每一只眼睛用一个。通常，也可能存在更复杂的观察者窗口安排。进一步可能的是编码包含对观察者来说出现在空间光调制器SLM后方的对象或者整个景象的视频全息图。

术语“转换”应解释为包括任何与转换相同或近似的数学或者计算技术。数学景象的转换仅仅是物理过程的逼近，可以通过麦克斯韦(Maxwellian)波动方程更加精确地描述。像菲涅耳(Fresnel)转换或者特殊群转换这些被认为是傅里叶(Fourier)转换的转换描述了二阶逼近。转换通常用代数或者非微分方程表示，因此转换可以应用公知的计算装置被有效并且高性能地处理。此外，它们可以在光学系统中精密使用。

由申请人提交的WO 2006/066919号专利文件说明了一种计算计算机生成视频全息图的方法。根据这种方法，具有三维景象的复杂振幅值的目标被分配到平行虚拟截面层的矩阵点，使得对每一个截面层来说，单独的目标数据集由矩阵点中的离散振幅值定义，并且全息显示装置的光调节矩阵的全息编码由图像数据集计算得到。

根据本发明，目标解决方案利用这样的总体思路，即，以下步骤借助计算机执行：

以波场的分别的二维分布的形式从每一个断层景象截面的目标数据集为观察者平面计算衍射图，上述观察者平面处于距截面层有限的距离并且与截面层平行，其中为至少一个普通的虚拟窗口、处于观察者眼睛附近的观察者平面中的观察者窗口计算所有截面的光场，上述的观察者窗口区域小于视频全息图；将所有计算的截面层分布加起来在相对于观察者窗口参照的数据集中为观察者平面形成汇集波场；