全息显示技术研究进展.doc

全系显示技术研究进展 专业班级：应用物理11级1班 姓 名： 王晴轩 指导教师： 刘大军 物理系 摘 要 三维全息显示能够表现出与真实物体一样的深度和视差，是一种理想的三维显示方法。本文在全息图的制作方面给出了传统光学全息图和计算机制全息图的制作方法；在调制器的选择上给出了数字微镜DMD和空间光调制器两种建议；在全系系统的构建方面给出了动态彩色全息三维视频显示系统、新纪录材料的全息三维显示系统、单片SLM系统必威体育精装版的三种构建系统的方法。综合了全系显示各个方面的必威体育精装版研究进展，最后分析了未来全息显示的发展方向。 关键词：全息显示；调制器；进展目 录 一、制作全息图 1 （一）传统光学全息图 1 （二）计算机制全息图 1 1.计算全息制作方法 1 2.计算全息实现方法 2 二、 调制器 3 （一） 数字微镜DMD对全息图的调制 3 （二） 空间光调制器对全息图的调制 3 三、 全息系统的构建 4 （一） 动态彩色全息三维视频显示系统 4 （二） 新记录材料的全息三维显示系统 5 （三） 单片SLM系统 6 四、 全息显示的未来发展方向 6 （一）数字三维物体全息图数据压缩 6 （二）高分辨率大视场视频级动态三维全息显示 7 （三）全息远程再现 7 参 考 文 献 8 全息显示技术研究进展 随着科技的迅速发展，三维立体显示技术备受人们的青睐。与此同时，三维立体显示技术发展迅速，种类颇多。全系显示能够表现出与真实物体一样的深度和视差，在空间显示真实的3D影像。全息是一种不同于普通照相的光学技术，利用了光的干涉和衍射原理，制作全息图和再现真三维立体图像，可以给人身临其境的逼真感。 一、制作全息图 全息图的制作可分为两种，一种是传统光学全息图和计算机制全息图。 （一）传统光学全息图 在传统全息术中，采用化学感光材料制成的全息干板来记录全息图，每记录一次都对干板进行显影、定影、烘干等后续处理，过程十分繁琐，而且许多材料不能重复使用。 随着图像传感器技术和空间光调制器技术的发展，研究者提出了一种对传统全息术改进方案即数字全息术，在传统全息记录光路中采用数字电荷耦合器件（CCD）或互补金属氧化物半导体来记录干涉形成的全息图，然后用计算机进行数值重构或是采用光学方法重构。数字记录得到全息图的方法具有实时测量的潜力，在许多情况下具有优势，因此数字全息术成为一个备受关注的研究课题，诸多学者开展了光学系统、减少散斑噪声以及波前重构算法等方面的研究。 （二）计算机制全息图 计算全息图不需要实际搭建光路而是在计算机中模拟物体的物光波和参考光波的干涉全息过程来生成数字化的全息图。根据计算全息图制作时不同的编码技术，计算全息图大致可分为迂回位相型计算全息图，修正离轴参考光计算全息图，相息图和计算全息干涉图等。要实现数字全息三维显示，则需要得到三维物体的计算全息图。 1.计算全息制作方法 计算全息制作主要包括以下三个步骤：场景的绘制、抽样、编码、计算和再现。傅里叶变换是一种经典的数学变换，在光学中，光经过傅里叶透镜的结果就相当于做一次傅里叶变换，因此采用菲涅耳快速傅里叶变换的方式制作全息图是最常见的方法。 计算全息的物体不是实际物体，可以是电脑绘制的虚拟场景或者图像信息。常使用Matlab编程绘制简单图形进行数值计算，对物光取样时，需满足 Whittaker-Shannon采样定律。绘制“128×128”像素大小的字母“F”，设定好“128×128”大小的零矩阵O，用函数读入到零矩阵O中。 由于需要做离散快速傅里叶变换，处理结果动态变化范围较大，会影响最终的全息图效果。因此需要对读入的光波信息附加一个随机相位，即用值在0到1之间与O数组等大的随机函数矩阵乘以光波函数，结果为：，此步骤相当于在做光学全息拍照时加上一块毛玻璃，使物光均匀散射照在干板底片上。 编码是将物光的复函数变为非负实数在物理介质中记录下来。常见的编码方式有两种：博奇型编码法和罗曼Ⅲ型编码法。 再现方式包括光学再现和计算机仿真再现。以博奇型编码方式获得全息图后，对其用fftshift(fft2())函数实现傅里叶逆变换，模拟再现全息图像。 2.计算全息实现方法 采用物点散射法实现计算全息，能完全真实的再现三维图像。 将三维物体看作由有限个物点组成的集合，每个物点看成一个点光源，计算机模拟点光源在有限方向上的光学传播，得到该点在全息面上的复振幅分布，叠加所有物点的复振幅即可得到物体的波面在全息面上的信息分布，通过编码即可得3D全息图。 将三维物体看作由许多物点组成，一个物点对应的全息图可以用菲涅尔波带表示，先由O点和P点