多視點投影全息成像特性理論與實驗表征研究

《多視點投影全息成像特性理論與實驗表征研究》是依託西安電子科技大學，由王曉蕊擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：多視點投影全息成像特性理論與實驗表征研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：王曉蕊
• 依託單位：西安電子科技大學

中文摘要

多視點投影全息成像是一種融合多視點圖像陣列記錄和計算全息理論的三維全息成像新方法。本項目擬針對典型多視點投影全息成像系統，理論分析成像鏈路環節（視差基元圖像記錄、二維全息圖計算生成、三維全息圖像光電再現）引入的成像物理效應及耦合作用機理，構建系統端到端的多視點投影全息成像視覺感知對比度和空間扭曲表征模型。以虛擬相機陣列模型和計算全息理論為基礎，構建基於成像物理效應渲染的多視點投影全息成像虛擬樣機；以本實驗室搭建的相機陣列採集系統為基礎，探索視點拓展算法，形成視點可控的多視點投影全息成像實驗樣機，獲取視差基元圖像陣列、二維計算全息圖和三維全息重構圖像數據，實現對多視點投影全息成像特性表征模型的驗證與修正。研究成果將為多視點投影全息成像系統最佳化設計、全息成像質量提升算法開發、全息三維顯示實用化提供理論與實驗支持，對促進我國全息立體顯示技術的發展具有重要意義。

結題摘要

多視點投影全息成像（Multiple-Viewpoint-Projection Holography: MVPH）作為一種新型三維全息圖像技術，已成為全息立體顯示領域的前沿方向和新熱點。其在攜帶型數字全息攝影、全息立體顯示、虛擬與增強現實和醫學圖像三維可視化等領域具有廣闊的套用前景。本項目針對高質量全息採集、立足於系統端到端性能表征思想，以傅立葉光學成像理論為基礎，重點表征了採樣特性、噪聲特性和空間幾何扭曲對三維全息圖像質量的作用，構建了多視點投影全息成像視覺感知對比度閾值曲面性能模型。以全息成像鏈路環節的主要物理效應模型為基礎，建立了三維目標－視差基元圖像陣列－二維計算全息圖－三維重構全息圖像轉換的虛擬樣機；依據多視點投影全息成像機理，基於固定視點圖像陣列的視點拓展合成算法，構建了視點可控的投影全息成像實驗樣機；針對集成成像與全息相結合而產生的集成全息技術，仿真實現集成成像單元圖像獲取、多視點投影圖像生成、全息圖計算生成和重建的全過程。研究表明現有集成全息技術對光波場採樣稀疏、得到全息圖尺寸小、再現像解析度低且出現視角串擾。推導了多視點投影圖像和傅立葉全息圖之間的相關性，說明投影圖像正是傅立葉全息圖經過切割後的子全息圖再現像的強度圖像，推導了投影角度和對應子全息圖選取位置之間的關係。最後，提出了通過相位恢復算法和子全息圖重疊約束條件，從集成成像合成的多視點投影強度圖像中重建傅立葉衍射場的計算全息方法，稱之為傅立葉疊層集成全息。數值重建和光電再現實驗都證明了該方法能夠克服傳統集成-全息的缺陷，獲得高解析度的三維全息再現像。獲取視差基元圖像陣列、二維計算全息圖和三維全息重構圖像的仿真數據和實測數據，驗證和修正了多視點投影全息圖像視覺感知對比度閾值曲面性能模型和空間扭曲表征模型，為多視點投影全息成像系統最佳化設計、全息圖像處理算法、新型全息真三維顯示器研製提供理論和實驗數據支持。