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桂林全息投影技术的实现原理

来源:http://guilin.yncgkj.net/news325541.html  发布时间:2020/2/25 16:30:00

桂林全息投影可以生动再现物体,实现逼真的模拟场景,具有二维(2D)显示技术无法比拟的优势,在军事、工业、医药科学以及日常工作生活各个领域具有巨大的应用价值。从20世纪初至今,科学家对于三维成像的研究从未停止过。前期三维显示技术主要基于双眼视差和立体图概念[1],其中一些技术相对成功,但大部分是以降低分辨率等来得到有限的三维效果[2,3]。三维显示技术的发展趋势是真实再现,全息术被认为是实现三维显示最为理想的方式,但由于全息图本身存储信息量大,很难实现实时显示[4]。本文根据全息术的基本原理,提出一种基于三维桂林全息投影屏的三维投影方法,并对其成像原理进行分析,简要介绍了这种三维投影屏的制作方法。

在物像空间选取采样平面C,将其分为M×N个单元,对应于每个单元,采用M×N个相机对目标O进行拍摄,要求相机的参数相同,分辨率相同(J×K),聚焦到物体上的焦点为R,由此得到M×N幅图像Imn,如图1所示。其中Imnjk为位于m行n列上的相机记录的图片对应的像素单元。全息三维投影屏相当于一个真实再现通过M×N抽样的三维空间信息的光学解码器。其中最为关键的部分是将得到的信息光束,定向衍射到ωmn空间角度范围内,使人眼接收到所需要的光信息。三维桂林全息投影屏的单位透镜拍摄所需物光和参考光设计如图4所示。

激光经过分束镜得到物光和参考光,物光通过透镜会聚于记录干板上,会聚角为ωmn,参考光以平行光的形式照射在干板的同一位置上,两束光发生干涉,记录在全息干板上,得到全息单位透镜。通过计算机控制快门的开关和干板架的移动,由此得到一组全息透镜阵列。经初步实验,搭建光路拍摄部分全息透镜阵列,如图5所示。通过实验检验,该全息阵列可以实现对投影光的定向衍射。入射光与全息阵列的夹角为θ,出射光发散角度为ωmn。

由于投影仪与全息透镜阵列的距离远大于全息透镜的尺寸,因此各个投影仪投在单位全息透镜上的光可近似看作平行光,当该光束不能近似为平行光时,将在投影显示时产生畸变,各全息透镜的散射角将大于设定角度,导致整体图像发生畸变[8~10],在一定程度上影响立体显示效果。因此,如果投影机的设定位置与屏幕较近,则在制作相应的全息透镜时,参考光应采用严格的与投影光束共轭的方式。提出了一种基于全息透镜阵列屏的三维投影方法,分析了使用全息透镜还原物像信息的基本原理,简要介绍了所需全息透镜的制作方法,并初步探讨了采用全息光学元件实现三维投影的可行性。


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