高分辨數字全息三維投影顯示研究

《高分辨數字全息三維投影顯示研究》是依託北京理工大學，由謝敬輝擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：高分辨數字全息三維投影顯示研究
• 依託單位：北京理工大學
• 項目負責人：謝敬輝
• 項目類別：面上項目

項目摘要

全息顯示是唯一能夠實現人眼所需全部視覺信息的三維成像技術，數字全息投影顯示是實現裸視真三維動態顯示的最優方案。本課題研究高分辨數字全息三維動態投影顯示的理論和關鍵技術問題，研究方案採用位相全息圖數位化建模，套用高速電定址液晶空間光調製器和高效衍射光學複製系統，在光定址雙穩態液晶空間光調製器上分區存儲，整體投影顯示的技術。為了提高數字全息圖的計算速度和精度，提出了點基元採樣法與多平面近似法相結合，精確描述三維物體面形，並套用波面追跡的三維物體建模的方法；以及利用CUDA平台，構建以並聯GPU為核心的數字全息圖高速運算系統。為了解決全息圖高效率分區存儲問題，提出了斜入射加位相補償，以及達曼光柵分區的方法。研究目標是實現1億像素的數字全息投影顯示實驗樣機，並獲得三維物體高解析度動態投影顯示的實驗結果。本項目原理清晰，經過充分預研和論證，在理論和技術上均有所創新,有很好的發展前景。

結題摘要

全息顯示是唯一能夠真正實現具有人眼所需全部深度信息。本項目經過三年的研究，提出了適合三維投影顯示的三維物體建模方法，提出了不同的計算全息圖算法，通過硬體系統的搭建結合軟體算法最佳化，有效地提高了數字全息三維動態投影顯示質量和效果，具體成果如下： （1）在高速算法方面：提出了高速計算方法並通過計算機硬體實現了並行運算加速。基於點源法的壓縮查表法有效地降低了數據存儲量，減少了計算所需的記憶體，提高了計算速度；基於面源法的仿射變換算法，利用一步解析分析過程，簡化了運算，通過降低計算量的方法實現了增速的目標。對點面結合的方法進行了探索，將點源法和面源法的優勢相結合進一步提高計算速度。利用並行運算平台，將計算過程的並行化，通過計算硬體加速全息圖的計算過程實現以滿足動態高解析度數字全息三維投影顯示的要求。 （2）在提高系統空間頻寬積方面：構建了純位相液晶空間光調製器的可調參數傅立葉變換全息三維顯示系統，在充分利用空間頻寬積的前提下，改善了三維投影的成像效果。利用4f系統和單鏡系統實現了對三維再現像的放大；利用多空間逛調製器無縫瓦接增大顯示系統的視場角。 （3）在提高系統再現像解析度方面：提出了消除零級噪聲方法；提出了復振幅調製方法；避免了空間光調製器特性導致的波前信息丟失，提高了成像質量。引入真實光照效果，搭建了彩色顯示系統，從算法上和硬體系統上提升了最終顯示效果。 總之，本項目開展以來針對計算全息高速算法、計算機硬體輔助的加速方法、視場角和再現像尺寸的增大、投影顯示噪聲的消除以及顯示質量的提高等方面進行了研究，相關科研成果在國際主流學術期刊如《Optics Express》、《Applied Optics》等上發表十餘篇，得到了國際學術界的關注和認可。