[发明专利]一种基于复振幅调制的增强现实全息显示方法

权利要求书

1.一种基于复振幅调制的增强现实全息显示方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)布设点光源、相位型空间光调制器、透镜和滤波光阑，使点光源发出的光波依次经过相位型空间光调制器、透镜和滤波光阑；

2)根据最终重建图像，获得相位型空间光调制器所需生成的复振幅光场的位置、振幅和相位参数；

3)根据矢量分解原理，将所述复振幅光场各个像素的光矢量分解为两个纯相位值，得到与原图大小相等的两张纯相位全息图；利用棋盘格图样对所述两张纯相位全息图进行采样合成，在合成得到的纯相位全息图上加上倾斜平面波因子，得到经编码的纯相位全息图；

4)将步骤3)得到的经编码的纯相位全息图传输到相位型空间光调制器中，使点光源发出的光波在相位型空间光调制器中进行相位调制后射出，实现重建图像与现实场景的叠加；

步骤2)中，获得所述复振幅光场的位置的方法为：

计算所述复振幅光场与相位型空间光调制器的衍射距离l₁：

其中，l₂＝d₁，为点光源与相位型空间光调制器的垂直光路距离；l₃由下式得出：

其中，d₂为相位型空间光调制器与透镜的垂直光路距离，f为透镜的焦距，d₃为透镜到滤波光阑的垂直光路距离，d₃由透镜成像公式得出，d₄为最终重建图像与人眼的垂直光路距离。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述透镜与滤波光阑之间设有波导，通过所述波导实现重建图像与现实场景的叠加。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述相位型空间光调制器为反射式相位型空间光调制器，点光源发出的光波经反射镜到达反射式相位型空间光调制器。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述倾斜平面波因子调整所述滤波光阑的位置及大小，使全息图的零级波透过所述滤波光阑，同时遮挡空间光调制器的零级波干扰，在紧贴所述滤波光阑的人眼视网膜上成像。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述滤波光阑为矩形滤波光阑，滤波光阑位于纯相位全息图的频谱面(u,v)，所述频谱面平行于相位型空间光调制器平面(x,y)和透镜平面，所述频谱面原点(0,0)与透镜中心、相位型空间光调制器中心以及点光源在同一直线上，所述直线垂直于所述频谱面，(u,v)坐标轴的正方向与相位型空间光调制器平面坐标轴(x,y)的正方向相同。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述滤波光阑中心的位置坐标为滤波光阑的大小为u轴方向v轴方向d₁为点光源与相位型空间光调制器的垂直光路距离，d₂为相位型空间光调制器与透镜的垂直光路距离，d₃为滤波光阑与透镜的垂直光路距离，d₃由透镜成像公式得出；其中，Δx₀、Δy₀为空间光调制器的像素间距。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3)中，所述棋盘格图样为M₁(iΔx₀,jΔy₀)、M₂(iΔx₀,jΔy₀)的图样，M₁(iΔx₀,jΔy₀)和M₂(iΔx₀,jΔy₀)满足：

M₁(iΔx₀,jΔy₀)+M₂(iΔx₀,jΔy₀)＝1

其中，Δx₀、Δy₀为空间光调制器的像素间距，i、j为像素点的标号，i∈(1,N)，j∈(1,M)，i、j为整数。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述复振幅光场表示为：

其中，A(x,y)表示复振幅光场的振幅，表示复振幅光场的相位；

像素化后分辨率为M×N的输入面(x,y)的纯相位编码公式为：

φ(iΔx₀,jΔy₀)＝M₁(iΔx₀,jΔy₀)θ₁(iΔx₀,jΔy₀)

+M₂(iΔx₀,jΔy₀)θ₂(iΔx₀,jΔy₀)+2πiΔx₀sinα/λ

其中，φ(iΔx₀,jΔy₀)为输入到空间光调制器的相位值，Δx₀、Δy₀为空间光调制器的像素间距，2πiΔx₀sinα/λ为左右倾斜的倾斜平面波因子，λ为光波波长，i、j为像素点的标号，i∈(1,N)，j∈(1,M)，i、j为整数，θ₁(iΔx₀,jΔy₀)和θ₂(iΔx₀,jΔy₀)由以下两公式得出：

A_max为A(x,y)的最大值。