《基於波前動態掃描系統的計算全息三維顯示技術研究》是依託清華大學，由張浩擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於波前動態掃描系統的計算全息三維顯示技術研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：張浩
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
三維顯示技術蘊藏著巨大的市場套用價值與科學研究價值，是顯示領域的研究熱點，並在軍事、醫療、娛樂等領域有著廣闊的套用前景。全息三維顯示技術可以提供人眼視覺系統所需的全部深度感，是實現真三維顯示的有效技術方案。本項目針對計算全息三維顯示系統的空間頻寬積受限問題，擬構建基於高幀頻空間光調製器件的波前動態掃描系統，通過對三維場景波前信息的精確調製來實現系統空間頻寬積的有效擴展，再利用GPU並行運算平台對複雜三維場景的計算全息圖進行高質量的快速運算、編碼與傳輸，實現刷新頻率為60Hz，圖像尺寸大於70mm×50mm，視場角為40度的動態全息三維顯示。本項目的研究將有效地擴展動態計算全息三維顯示系統的空間頻寬積，提高三維全息圖光學重建的視覺參數，從而促進計算全息三維顯示技術的實用化。
結題摘要
全息三維顯示技術可以提供人眼視覺系統所需的全部深度感，是實現真三維顯示的有效技術方案。本項目針對計算全息三維顯示的算法設計以及系統集成，設計了高精度三維全息圖衍射算法，利用多角度復用的方式有效提高了系統的空間頻寬積，並成功抑制了共軛像和零級噪聲，實現了三維場景的高質量光學重建。本項目的主要研究成果歸納如下： 1. 針對三維波前信息的高精度計算問題，提出了複合分層全息體視圖算法，該算法利用基於空間分割的逆菲涅爾衍射計算模型，突破了傳統菲涅爾衍射計算的傍軸近似和適用距離限制，該算法在衍射距離超過10 mm的條件下信噪比可以達到39 dB，實現了三維波前信息的快速高質量計算。 2. 針對三維計算全息圖的深度信息編碼問題，將計算全息與計算機圖形學相結合，利用分段渲染結合基於輪廓掩膜的分層角譜算法，系統地解決了三維計算全息的遮擋問題，並通過基於Phong反射模型的真實光照計算，實現了三維計算全息圖的真實光照渲染，有效提升了三維場景的光學重建質量。 3. 針對全息三維顯示系統的空間頻寬積受限問題，提出了基於材料多角度復用和基於物光多角度復用的體全息顯示方法，有效地擴展了全息顯示系統的空間頻寬積。利用DMD結合掃描振鏡搭建了基於波前動態掃描的計算全息三維顯示系統，實現了三維全息圖的多角度拼接，視場角可以擴大至40°。 4. 針對振幅計算全息圖的共軛像以及零級噪聲干擾問題，提出了通用的單邊帶濾波方法以消除共軛像和零級噪聲的干擾，該方法通過對三維場景全息圖平面復振幅信息的空間頻率信息重新分布，使得共軛像與重建像在空間頻率域進行分離，從而可以實現任意三維全息圖算法的共軛像與零級噪聲消除，有效地提高了三維全息圖的光學重建質量。 本項目的研究有效地擴展動態計算全息三維顯示系統的空間頻寬積，提高了三維全息圖光學重建的重建質量與視覺參數，有望套用於三維顯示、虛擬現實以及增強現實等領域並促進計算全息三維顯示技術的實用化。
