计算机制彩色彩虹全息图的制作方法

摘要

本发明提供了计算机制彩色彩虹全息图的制作方法，所述制作方法包括：S1，获取物体的三维信息，所述三维信息包括物体上各个物点的空间坐标(xo,yo,zo)以及颜色信息(ro,go,bo)；S2，依据物体的三维信息，将物体分解为红、绿、蓝三个基色物体，三基色物体的物点三维信息分别为(xor,yor,zor,ro)，(xog,yog,zog,go)与(xob,yob,zob,bo)，三基色物体的空间坐标(xor,yor,zor)，(xog,yog,zog)(xob,yob,zob)由全息图的基本物像关系计算确定；S3，计算三基色物体的物点在全息记录面上的物光波分布，引入参考光与三基色物体的物光进行干涉得到全息图；S4，引入再现光照射全息图进行衍射形成彩色的物体再现像。本发明的方法只需拍摄一副含有三基色等效物体物光波的彩虹全息图，白光再现下，三基色像能在空间重合，实现彩色效果。本发明的制作方法制得的彩色物体再现像具有制作方便简单、光强分布均匀、像的清晰度高的优点。

权利要求

1.计算机制彩色彩虹全息图的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括：S1，获取物体的三维信息，所述三维信息包括物体上各个物点的空间坐标(xo,yo,zo)以及颜色信息(ro,go,bo)；

S2，依据物体的三维信息，将物体分解为红、绿、蓝三种基色物体，三基色物体的物点三维信息分别为(xor,yor,zor,ro)，(xog,yog,zog,go)与(xob,yob,zob,bo),以及确定三种所述基色物体的物点的坐标；其中，设定全息图的记录波长为λ，全息图经波长为λr,λg,λb的共轭光再现获得再现像，其中有三个基色像，分别为：红色分色全息图经红光波长λr再现得到的红色分色像；绿色分色全息图经绿光波长λg再现得到的绿色分色像；蓝色分色全息图经蓝光波长λb再现得到的蓝色分色像；三个基色像的坐标表示为：调节三个等效基色物点，使其对应全息图的三基色像能够在空间上精确重合，即使三基色像的像点坐标满足：xr＝xg＝xb,yr＝yg＝yb,zr＝zg＝zb        (2)设定参考光与再现光为同一平面光，参考光、再现光与Z轴的夹角为θ，因此参考光与再现光的坐标满足：zR＝zC＝∞,xR/zR＝0,yR/zR＝yC/zC＝tanθ       (3)因此，根据(1)、(2)(3)式可以计算的得到三基色物体的物点的坐标应为：S3，计算三基色物体的物点在全息记录面上的物光波分布，引入参考光与三基色物体的物光进行干涉得到全息图；

S4，引入再现光照射全息图进行衍射形成彩色的物体再现像。

2.根据权利要求1所述的计算机制彩色彩虹全息图的制作方法，其特征在于，计算三基色物体的物点在全息记录面上的物光波分布，引入参考光与三基色物体的物光进行干涉得到全息图，具体包括以下步骤：S31，设定参数，基于全息的原理，模拟出参考光波与物光波：将物体的物点传输到全息记录面可以表示为：

其中，

h(x0,y0)是物体的深度数据，z是当h(x0,y0)＝0时物体到全息记录面的距离；

模拟参考光波可以表示为：

计算光强分布为：

S32，引入参考光，物光波与参考光波在全息记录面上干涉，记录干涉光强分布，形成全息图。

3.根据权利要求2所述的计算机制彩色彩虹全息图的制作方法，其特征在于，计算全息图的某一线全息图，设定夹缝的中心点坐标为(0,0,zx)，因此：红色的狭缝像中心点坐标为：xwr＝(λ/λr)zxtanθ,ywr＝0,zwr＝(λ/λr)zx；

绿色的狭缝像中心点坐标为：xwg＝(λ/λg)zxtanθ,ywg＝0,zwg＝(λ/λg)zx；

蓝色的狭缝像中心点坐标为：xwb＝(λ/λb)zxtanθ,ywb＝0,zwb＝(λ/λb)zx。

说明书

计算机制彩色彩虹全息图的制作方法

技术领域

[0001] 本发明涉及计算机制彩色彩虹全息图的制作方法。

背景技术

[0002] 全息技术因其能同时再现物体的相位和幅度，被广泛应用于三维显示方面。随着计算机技术和显示输出设备的发展，计算机制全息技术在三维显示方面的研究取得了很大的进步。

[0003] 但目前的计算机制彩色彩虹全息需要拍摄三副分色彩虹全息，再由分色全息图的再现像合成彩色像。此方法中，拍摄三分色全息图的工作量大，并且三分色像很难精准重合，对光路要求很高，制作过程复杂，并且受光路难对准、激光散斑大、光强分布不均等因素的影响，彩色效果不佳。

发明内容

[0004] 本发明提供了一种计算机制彩色彩虹全息图的制作方法，旨在改善通过分色全息图的再现像合成彩色像，三分色像难以精准重合、像的噪声多的问题。

[0005] 本发明是这样实现的：

[0006] 计算机制彩色彩虹全息图的制作方法，所述制作方法包括：

[0007] S1，获取物体的三维信息，所述三维信息包括物体上各个物点的空间坐标(xo,yo,zo)以及颜色信息(ro,go,bo)；

[0008] S2，依据物体的三维信息，将物体分解为红、绿、蓝三种基色物体，三基色物体的物点三维信息分别为(xor,yor,zor,ro)，(xog,yog,zog,go)与(xob,yob,zob,bo)；

[0009] S3，计算三基色物体的物点在全息记录面上的物光波分布，引入参考光与三基色物体的物光进行干涉得到全息图；

[0010] S4，引入再现光照射全息图进行衍射形成彩色的物体再现像。

[0011] 进一步地，在本发明较佳的实施例中，将物体分解为红、绿、蓝三种基色物体之后，还包括确定三种所述基色物体的物点的坐标：

[0012] 设定全息图的记录波长为λ，全息图经波长为λr,λg,λb的共轭光再现获得再现像，其中有三个基色像，分别为：红色分色全息图经红光波长λr再现得到的红色分色像；绿色分色全息图经绿光波长λg再现得到的绿色分色像；蓝色分色全息图经蓝光波长λb再现得到的蓝色分色像；三个基色像的坐标表示为：

[0013]

[0014] 调节三个等效基色物点，使其对应全息图的三基色像能够在空间上精确重合，即使三基色像的像点坐标满足：

[0015] xr＝xg＝xb,yr＝yg＝yb,zr＝zg＝zb  (2)

[0016] 设定参考光与再现光为同一平面光，设定参考光、再现光与Z轴的夹角为θ，因此参考光与再现光的坐标满足：

[0017] zR＝zC＝∞,xR/zR＝0,yR/zR＝yC/zC＝tanθ  (3)

[0018] 因此，根据(1)、(2)(3)式可以计算的得到三基色物体的物点的坐标为：

[0019]

[0020] 进一步地，在本发明较佳的实施例中，计算三基色物体的物点在全息记录面上的物光波分布，引入参考光与三基色物体的物光进行干涉得到全息图，具体包括以下步骤：

[0021] S31，设定参数，基于全息的原理，模拟出参考光波与物光波：

[0022] 将物体的物点传输到全息记录面可以表示为：

[0023]

[0024] 其中，

[0025] h(x0，y0)是物体的深度数据，z是当h(x0，y0)＝0时物体到全息记录面的距离；

[0026] 模拟参考光波可以表示为：

[0027]

[0028] 计算光强分布为：

[0029]

[0030] S32，引入参考光，物光波与参考光波在全息记录面上干涉，记录干涉光强分布，形成全息图。

[0031] 进一步地，在本发明较佳的实施例中，计算全息图的某一线全息图，设定夹缝的中心点坐标为(0,0,zx)，因此：

[0032] 红色的狭缝像中心点坐标为：xwr＝(λ/λr)zxtanθ,ywr＝0,zwr＝(λ/λr)zx；

[0033] 绿色的狭缝像中心点坐标为：xwg＝(λ/λg)zxtanθ,ywg＝0,zwg＝(λ/λg)zx；

[0034] 蓝色的狭缝像中心点坐标为：xwb＝(λ/λb)zxtanθ,ywb＝0,zwb＝(λ/λb)zx。

[0035] 本发明的有益效果是：本发明通过物体分解成三个等效的基色物体，基于三基色像需在空间上精确重合的进而计算出三基色物体的等效位置，引入参考光获得全息图，白光照射全息图可再现彩色物体像。本发明的方法只需拍摄一副含有三基色等效物体物光波的彩虹全息图，白光再现下，三基色像能在空间重合，实现彩色效果。解决了现有的再现过程，再现光需照射三副全息图，多副全息图容易造成遮挡，导致光不均、串扰等问题，进而使得像存在较多噪声，影响像的清晰度。本发明制作方法制得的彩色物体再现像具有光分布均匀、像的清晰度高的优点。

附图说明

[0036] 为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

[0037] 图1是本发明实施例，彩色全息图的显示流程图；

[0038] 图2是本发明实施例，彩色彩虹全息图的制作过程线路图；

[0039] 图3是本发明实施例，计算机制彩色彩虹全息图原理；

[0040] 图4是本发明实施例，三狭缝像重合形成彩色物体像示意图；

[0041] 图5是本发明实施例，全息图记录过程示意图；

[0042] 图6是本发明实施例，原物体示意图；

[0043] 图7是图6所示原物体中H1r的局部示意图；

[0044] 图8是图6所示原物体的彩色物体再现像。

具体实施方式

[0045] 为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

[0046] 实施例1：

[0047] 参照图1和图2所示，计算机制彩色彩虹全息图的制作方法，所述制作方法包括：

[0048] S1，获取物体的三维信息，所述三维信息包括物体上各个物点的空间坐标(xo,yo,zo)以及颜色信息(ro,go,bo)；

[0049] S2，依据物体的三维信息，将物体分解为红、绿、蓝三种基色物体，三基色物体的物点三维信息分别为(xor,yor,zor,ro)，(xog,yog,zog,go)与(xob,yob,zob,bo)；

[0050] S3，计算三基色物体的物点在全息记录面上的物光波分布，引入参考光与三基色物体的物光进行干涉得到全息图；

[0051] S4，引入再现光照射全息图进行衍射形成彩色的物体再现像。

[0052] 进一步地，将物体分解为红、绿、蓝三种基色物体之后，还包括确定三种所述基色物体的物点的坐标：

[0053] 设定全息图的记录波长为λ，全息图经波长为λr,λg,λb的共轭光再现获得再现像。即三基色物体通过单一波长的光进行记录；在通过还有三种基色波长的光进行再现，例如采用白光进行再现

[0054] 经波长为λr,λg,λb的共轭光再现，全息图分别经基色光λr,λg,λb再现后，将得到9个再现像。其中有三个基色像，分别为：红色分色全息图经红光波长λr再现得到的红色分色像；绿色分色全息图经绿光波长λg再现得到的绿色分色像；蓝色分色全息图经蓝光波长λb再现得到的蓝色分色像；三个基色像的坐标表示为：

[0055]

[0056] 基于三基色像能够在空间上精确重合，三基色像的像点坐标满足：

[0057] xr＝xg＝xb,yr＝yg＝yb,zr＝zg＝zb  (2)

[0058] 设定参考光与再现光为同一平面光，设定参考光、再现光与Z轴的夹角为θ，因此参考光与再现光的坐标满足：

[0059] zR＝zC＝∞,xR/zR＝0,yR/zR＝yC/zC＝tanθ  (3)

[0060] 参照图3所示，因此，根据(1)、(2)(3)式可以计算的得到三基色物体的物点的坐标为：

[0061]

[0062] 具体的构思为，再现彩色物体像时三基色物体像要精准重合，并依据设定的参考光的波长、再现光的波长、以及参考光光、再现光的照射角度等参数，进而反推三基色物体的等效位置。因此，将三基色物体分别设置于等效位置后，通过引入参考光干涉形成彩虹全息图，彩虹全息图在白光连续光谱的照射下，三基色像能够在空间精准重合，形成彩色物体的再现像。使得再现光只需照射一副全息图，就够获得三个基色像，且三基色像能够精准重合。

[0063] 进一步地，参照图5所示，计算三基色物体的物点在全息记录面上的物光波分布，引入参考光与三基色物体的物光进行干涉得到全息图，具体包括以下步骤：

[0064] S31，设定参数，基于全息的原理，模拟出参考光波与物光波：

[0065] 将物体的物点传输到全息记录面可以表示为：

[0066]

[0067] 其中，

[0068] h(x0，y0)是物体的深度数据，z是当h(x0，y0)＝0时物体到全息记录面的距离；

[0069] 模拟参考光波可以表示为：

[0070]

[0071] 计算光强分布为：

[0072]

[0073] S32，引入参考光，物光波与参考光波在全息记录面上干涉，记录干涉光强分布，形成全息图。

[0074] 即在获取了物体的颜色信息和空间信息后，利用编码法，合理设置参数，基于计算全息的原理，模拟出参考光波和物光波。并计算出全息记录面上的光强分布情况。

[0075] 进一步地，为了满足SLM的像素间隔，我们须控制好物体和全息图的参数。根据式(7)可知，全息图的最小采样间隔为：

[0076]

[0077] 其中，h(x0,y0)near是距离全息图最近的物点高度值。

[0078] 参照图4所示，进一步地，为了减少全息图的计算量，可仅计算全息图中部分的点、线、狭缝信息，通过全息图中点、线、狭缝的信息来彩色物体像的信息。优选的，计算全息图的某一线全息图，设定夹缝的中心点坐标为(0,0,zx)，因此：

[0079] 红色的狭缝像中心点坐标为：xwr＝(λ/λr)zxtanθ,ywr＝0,zwr＝(λ/λr)zx；

[0080] 绿色的狭缝像中心点坐标为：xwg＝(λ/λg)zxtanθ,ywg＝0,zwg＝(λ/λg)zx；

[0081] 蓝色的狭缝像中心点坐标为：xwb＝(λ/λb)zxtanθ,ywb＝0,zwb＝(λ/λb)zx。

[0082] 三狭缝像在空间上重合，在狭缝像重合的位置可以见到三基色像重合形成彩色物体像。

[0083] 实施例2：

[0084] 参照图6至图8所示，采用EXULUS-4K1/M建立物体三维模型，它的像素间隔为3.74um,将三维模型物体分解为三基色物体，计算三基色物体的等效位置。

[0085] 相关参数：记录区域为15.6mm x 9.2mm。如果z＝400mm，h(x0,y0)near＝40mm，θ＝4°，则全息图的采样间隔为3.753μm，能很好的满足SLM的参数。分别计算H1r,H1g,H1b。H1r,H1g,H1b的计算参数设置见表(1)。

[0086] 表1、H1r,H1g,H1b的计算参数

[0087]

[0088] 参照图所示，H1r,H1g,H1b经光学再现后，与参考光干涉，记录彩色全息图H2。

[0089] 以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。