一种基于LED全息显示的失焦现象优化方法及系统转让专利
申请号 : CN202010450320.2
文献号 : CN111752131B
文献日 : 2021-07-30
发明人 : 桑新柱 , 彭程 , 李会 , 赵昕 , 陈铎 , 颜玢玢
申请人 : 北京邮电大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种基于LED全息显示的失焦现象优化方法,其特征在于,包括:获取LED参考光源,将所述LED参考光源输入参考光预色散系统,得到预色散参考光;
获取目标物体的预设图像集合,进行二维波长分布修正的衍射,生成校正后的计算全息图,具体包括:
获取所述目标物体的灰度图像和深度图像;
计算空间光调制器前表面的波长二维分布函数,具体包括:其中,λ(x,y)所述空间光调制器表面的波长分布表达式,λ1,λ2分别为光源谱宽边界值,x1,x2,y1,y2为所述空间光调制器在空间中的坐标边界,Δλ为所述空间光调制器表面任一点处的谱宽;
基于所述灰度图像、所述深度图像和所述波长二维分布函数得到所述校正后的计算全息图;
将所述校正后的计算全息图和所述预色散参考光输入至所述空间光调制器,得到目标物体的再现像。
2.根据权利要求1所述的基于LED全息显示的失焦现象优化方法,其特征在于,所述获取所述目标物体的灰度图像和深度图像,具体包括:根据观察者和所述目标物体的相对位置获得所述灰度图像和所述深度图像,将所述灰度图像和所述深度图像分别记为A(x,y)和d(x,y)。
3.根据权利要求1所述的基于LED全息显示的失焦现象优化方法,其特征在于,所述基于所述灰度图像和所述深度图像得到所述校正后的计算全息图,具体包括:所述校正后的计算全息图E(u,v)为:其中:
式中Δx和Δy分别为所述目标物体截面最小采样单元的长度和宽度,pitch为所述空间光调制器的像素间距,A(x,y)和d(x,y)分别表示所述灰度图像和所述深度图像。
4.根据权利要求1所述的基于LED全息显示的失焦现象优化方法,其特征在于,所述获取LED参考光源,将所述LED参考光源输入参考光预色散系统,得到预色散参考光,具体包括:
获取所述LED参考光源,将所述LED参考光源依次投射入孔径光阑、柱面透镜、偏振片和可调狭缝,得到初始调制参考光;
将所述初始调制参考光投射入预设色散元件、柱面扩束透镜组和反射镜,得到所述预色散参考光。
5.根据权利要求4所述的基于LED全息显示的失焦现象优化方法,其特征在于,所述预设色散元件包括三棱镜,所述三棱镜对所述LED参考光源进行预处理。
6.一种基于LED全息显示的失焦现象优化系统,其特征在于,包括:光路模块,用于获取LED参考光源,将所述LED参考光源输入参考光预色散系统,得到预色散参考光;
算法模块,用于获取目标物体的预设图像集合,进行二维波长分布修正的衍射,生成校正后的计算全息图,具体包括:获取所述目标物体的灰度图像和深度图像;
计算空间光调制器前表面的波长二维分布函数,具体包括:其中,λ(x,y)所述空间光调制器表面的波长分布表达式,λ1,λ2分别为光源谱宽边界值,x1,x2,y1,y2为所述空间光调制器在空间中的坐标边界,Δλ为所述空间光调制器表面任一点处的谱宽;
基于所述灰度图像、所述深度图像和所述波长二维分布函数得到所述校正后的计算全息图;
调制模块,用于将所述校正后的计算全息图和所述预色散参考光输入至所述空间光调制器,得到目标物体的再现像。
7.一种电子设备,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,其特征在于,所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至5任一项所述基于LED全息显示的失焦现象优化方法的步骤。
8.一种非暂态计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至5任一项所述基于LED全息显示的失焦现象优化方法的步骤。
说明书 :
一种基于LED全息显示的失焦现象优化方法及系统
技术领域
背景技术
着计算机技术的进步和空间光调制器的出现,计算全息技术得到了快速发展,可以将计算
机编码后的计算全息图输入到空间光调制器上,并通过参考光照射空间光调制器,得到目
标物体的再现像。计算全息术通过数值计算得到计算全息图,避免了对光源相干性要求极
高的干涉照相过程;而对计算全息图进行光学再现时,对参考光的相干性要求较低,使用
LED进行计算全息实验是可行的。
更友好。然而,LED相干性比激光较差,这在一定程度上会影响成像质量,表现为成像结果失
焦,再现像锐度下降,人眼失去深度判据,再现像的立体感严重下降。
的光能损失。同时,使用4F滤波系统,可以减小“色模糊”的影响,这一操作实际上是通过滤
波消除了大量不同波长的分量,减小了整个参考光的光谱宽度,提高参考光的时间相干性,
但同时也造成了大量的光能损失,导致再现像的亮度过低,人眼难以直接观看。
发明内容
任一点处的谱宽。
调制器的像素间距,A(x,y)和d(x,y)分别表示所述灰度图像和所述深度图像。
方法的步骤。
光路变化造成的成像面倾斜进行了校正,减小了成像结果的失焦,使成像质量获得显著提
升。
附图说明
的一些实施例,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
这些附图获得其他的附图。
具体实施方式
本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员
在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
减小LED光源用于全息成像时成像结果的失焦现象。其中,三棱镜的主要作用为色散,亦可
用其他色散光学元件(如色散光栅等)代替,但需考虑其衍射效率,避免系统整体的传播损
耗过大导致成像结果过暗。由LED发出的光源经过针孔滤波后,空间相干性得到较大提高,
此时光源的线宽成为使成像结果劣化的主要因素。
特殊功能。
有广泛的用途,如照明、平板显示、医疗器件等。
量。
镜。
或强度、相位、偏振态及波长等性质。按照读出光的读出方式,分为反射式和透射式;按照输
入控制的信号,分为光寻址(OA‑SLM)和电寻址(EA‑SLM);按照调制模式的类型,分为相位
型、振幅型和复振幅型。
输入至参考光预色散系统,经过一系列的光路调制处理,得到预色散参考光,投射至空间光
调制器;其次是算法部分:对目标图像进行预处理,获取预设的多种图像集合,然后进行针
对空间光调制器表面的二维波长分布修正的衍射,进一步生成校正后的计算全息图,将改
进的算法输入空间光调制器。经过两部分的共同处理,最后得到目标物体的再现像。
结果的失焦,使成像质量获得显著提升。
关,可以根据实验仪器数据计算得出。
y),最终由公式(2)可以生成校正后的计算全息图。
数字全息均无法实现,因为在进行干涉照相时无法控制目标物体向某个方向散射的光线的
波长,也就不能将变化的波长作为全息图的一个额外参数。本专利所提出的方法充分利用
了计算全息的优势,使用计算机进行数值计算来模拟干涉照相过程,从全息面出发来计算
全息图,将变化的波长作为全息面的一个额外参数,校正了将参考光进行预色散造成的成
像平面倾斜,通过光路和相应算法相配合达到了同时减小光能损耗和色模糊的目的。
消除,只能在一定程度上减小。这种模糊的直观感受是成像结果“失焦”,即在设定的成像位
置附近,成像结果锐度下降,并且失去立体感。线模糊是光源的空间相干性较差造成的,通
常使用的贴片式LED光源的发光区域较大,可以通过在光源后放置孔径光阑提高光源的空
间相干性。色模糊则是LED光谱宽度较大造成的,可以使用4F系统进行滤波,但是这样会损
失大量光能,造成成像结果太暗。
致参考光通过空间光调制器时,会形成一系列小孔衍射波,这些衍射波在成像面进行相干
叠加,形成再现像,这也是我们生成计算全息图时的理论依据。再者,由于工艺的限制,通光
小孔的面积和液晶层的厚度无法做的很小,这导致了小孔衍射波的能量主要集中在轴线附
近,也就是说最大衍射角很小。
参考光进行预色散,可以减小参考光通过栅格化结构时由于色散产生的色模糊,并且由于
栅格小孔的最大衍射角很小,即使使用这样的参考光,空间距离较近的衍射小孔产生的衍
射波仍然能近似相干叠加,只是成像平面会发生倾斜。因此我们也相应地改进了计算全息
图的生成算法,以校正参考光变化造成的成像平面倾斜。
计算全息图的方法进行相应改进以校正参考光变化造成的成像平面倾斜,在一定程度上减
小了LED参考光带来的色模糊,提升了成像质量。
正的衍射,生成校正后的计算全息图;调制模块73用于将所述校正后的计算全息图和所述
预色散参考光输入至空间光调制器,得到目标物体的再现像。
结果的失焦,使成像质量获得显著提升。
通信总线840,其中,处理器810,通信接口820,存储器830通过通信总线840完成相互间的通
信。处理器810可以调用存储器830中的逻辑指令,以执行如下方法:获取LED参考光源,将所
述LED参考光源输入参考光预色散系统,得到预色散参考光;获取目标物体的预设图像集
合,进行二维波长分布修正的衍射,生成校正后的计算全息图;将所述校正后的计算全息图
和所述预色散参考光输入至空间光调制器,得到目标物体的再现像。
发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以
软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品存储在一个存储介质中,包括若干指令用以
使得一台计算机设备(可以是个人计算机,服务器,或者网络设备等)执行本发明各个实施
例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括:U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM,
Read‑Only Memory)、随机存取存储器(RAM,Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种
可以存储程序代码的介质。
包括:获取LED参考光源,将所述LED参考光源输入参考光预色散系统,得到预色散参考光;
获取目标物体的预设图像集合,进行二维波长分布修正的衍射,生成校正后的计算全息图;
将所述校正后的计算全息图和所述预色散参考光输入至空间光调制器,得到目标物体的再
现像。
元,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其
中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性
的劳动的情况下,即可以理解并实施。
述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来,该
计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中,如ROM/RAM、磁碟、光盘等,包括若干指
令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机,服务器,或者网络设备等)执行各个实施
例或者实施例的某些部分所述的方法。
以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;
而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和
范围。