複雜曲面物體的快速計算全息算法及其三維顯示研究

《複雜曲面物體的快速計算全息算法及其三維顯示研究》是依託昆明理工大學，由張亞萍擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：複雜曲面物體的快速計算全息算法及其三維顯示研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：張亞萍
• 依託單位：昆明理工大學

項目摘要

計算全息及其三維顯示在物理、顯示等領域具有非常重要的意義和套用，但由於對三維物體的算法計算量大、效率低等問題而很難適用於現實存在的複雜曲面物體。本研究將幾何思想融入物理問題求解當中，提出改進的平面波角譜方法進行計算全息算法研究，探索可以提高複雜實際三維物體計算效率的途徑。先採用基於三維面形測量技術的三維相機獲得實物的三維空間信息，並套用計算共形幾何、仿射變換等理論，將複雜曲面問題轉換為平面上的問題，建立高速、有效的計算全息算法，並完善消隱算法，最後研究空間光調製器對計算全息圖的調製規律及對全息再現的影響，實現高質量的立體三維顯示。本項目採用幾何與光學結合的方法，解決計算全息理論所面臨的突出問題，為其真三維立體顯示奠定基礎，無論在理論上還是在套用前景上都有著重要的研究價值。

結題摘要

計算全息(簡稱CGH)當面對複雜面形物體時都效率很低，因為對於複雜物體的計算全息來說，它具有數據量大，對計算機存儲量、硬體要求高的缺點，這些阻礙最終使得複雜物體的再現受到了很大限制。複雜形體的全息圖計算以及通過嘗試新的最佳化算法以提高再現像的質量、抑制噪聲很是迫切，複雜三維物體的算法改進與實現更是具有重要的價值和意義。 基於角譜衍射理論，提出了一種計算全息快速獲得不同形式再現像的新算法；針對三角模型結構物體的全息計算，基於仿射變換理論，給出了任意二維三角形傅立葉頻譜的解析表達式；從多種算法對三維物體的計算全息快速算法進行了討論，並將數學中的共形幾何理論引入到三維計算全息中，並對算法的可行性進行了分析；將MATLAB與VC++結合實現相關的編程，有效的改善了三維物體大數據量編碼計算時間長的問題；實現了真實三維物體多視角的全息計算和數值仿真。分析了真彩色三維物體製作計算全息圖的方法，並結合層析法和點源法，實現了真彩色三維物體的全息圖計算及數值再現。利用數字微鏡器件構造了一套全息顯示系統，基於三維計算全息中的層析法，結合菲涅爾衍射積分算法中的角譜法，探討了全息圖的計算與DMD參數之間的關係，並利用修正立軸參考光編碼的方式，得到了計算全息圖。闡述了DMD的灰度調製特性及其衍射特性。從灰度調製理論與菲涅爾衍射理論方面探討了DMD進行全息顯示的機理，並根據DMD的顯示原理，提出了“灰度調製”計算全息圖的方法，實現了基於DMD的全息圖高質量再現。 本項目採用幾何與光學結合的方法，解決計算全息理論所面臨的突出問題，為其真三維立體顯示奠定基礎，無論在理論上還是在套用前景上都有著重要的實際意義。