1 引 言

　　合成全息術(shù)是將專門制作的一組帶有視差信息的二維圖片，綜合成為能顯示三維圖像的全息術(shù)，尤其在記錄室外大場景和人物肖像等方面有著自己獨特的優(yōu)勢 。計算全息術(shù)將全息原理與計算機技術(shù)相結(jié)合，使全息圖的制作更加靈活方便，合成全息圖同樣可以利用計算機圖形處理能力和計算全息技術(shù)制作得到。目前高分辨率電尋址液晶空間光調(diào)制器的像素尺寸達(dá)到了微米量級，已經(jīng)可以直接用于數(shù)字全息圖的實時光電再現(xiàn)。

　　本文正是基于計算全息技術(shù)和數(shù)字全息圖的實時光電再現(xiàn)技術(shù)，提出了一種實現(xiàn)合成全息顯示的新方法，由計算機制作三維物體模型并得到體視圖陣列，計算每一視角二維體視圖的全息圖，再現(xiàn)時利用兩個液晶空間光調(diào)制器同時對一對體視圖的兩幅全息圖進(jìn)行實時光電再現(xiàn)，同時使再現(xiàn)像符合人眼雙目視覺需要以達(dá)到立體顯示效果，計算機控制全息圖陣列按一定頻率輸出，代替?zhèn)鹘y(tǒng)合成全息中的空間面積分割，從而實現(xiàn)合成全息的顯示效果，同時可以方便的觀察合成全息動感。本文分析了計算原理和實驗系統(tǒng)設(shè)計，并給出了實驗結(jié)果。

　　2 二維視圖對應(yīng)全息圖的計算原理

　　根據(jù)體視圖原理，如圖1所示，選取合適的角度攝取一對體視對圖片，并有 a=arctan(B/2l)，B為人眼一般瞳距62mm，l取明視距離300mm，則可計算得 a=5.9度。計算全息術(shù)根據(jù)光學(xué)全息的原理，利用計算機計算得到物光波在全息平面上的分布，并對光場的分布進(jìn)行編碼，得到數(shù)字化的全息圖。對二維光場分布，計算全息的記錄原理如圖2所示，設(shè)二維物光場分布為f(x。，y。)， Zo滿足菲涅耳衍射條件，則全息面 xh一yh 上的物光波分布為 ：

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　　則全息面上的物光分布可以通過 f(X。，Y。)P( X。，Y。)的傅里葉變換得到，變換頻率 在計算全息中物光波是離散化的，三維物體由計算機設(shè)計并得到相應(yīng)不同視角視圖的數(shù)字圖像，因而可用快速傅里葉變換(FFTr)計算菲涅耳衍射。用博奇編碼法制作得到1024×768像素的離軸菲涅耳計算全息圖。對體視對中的兩個圖像分別計算得到兩幅全息圖。為實現(xiàn)合成全息顯示效果，將三維物體不同側(cè)面對應(yīng)體視圖計算并處理得到的系列全息圖按順序存儲。

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　　3 合成全息顯示系統(tǒng)設(shè)計

　　目前高分辨率電尋址液晶空間光調(diào)制器的像素尺寸達(dá)到了微米量級，已經(jīng)能用于對數(shù)字全息圖光學(xué)再現(xiàn)得到二維圖像J，再現(xiàn)系統(tǒng)光路原理圖如圖3所示，全息圖通過計算機視頻接口輸出至SLM，平行激光光束垂直照射SLM，透射光經(jīng)L，會聚在焦面處得到全息再現(xiàn)像，再現(xiàn)像的大小與空間光調(diào)制器像素尺寸、L，的焦距和再現(xiàn)光的波長有關(guān)。由于SLM的周期性像素化結(jié)構(gòu)，再現(xiàn)像有多組±1級衍射像出現(xiàn)，同時伴有零級衍射光，在L焦面處加光闌F選取一組合適的再現(xiàn)像，同時消除零級衍射光的影響。

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　　合成全息圖實現(xiàn)立體顯示要求左右視圖對應(yīng)的全息圖同時再現(xiàn)，并且再現(xiàn)像滿足雙目觀察要求。

　　因而我們設(shè)計了用兩個液晶空間光調(diào)制器同時進(jìn)行光電再現(xiàn)的實驗系統(tǒng)，如圖4所示。實驗系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵是如何將左右視圖的全息圖同時分別輸出到兩個SLM，這里我們采用杭州三花科特光電公司的TLE09X一02Fd3一b型液晶背投影光學(xué)引擎系統(tǒng)，光學(xué)引擎中三個SLM是EPSON產(chǎn)的r胛一LCD，性能參數(shù)如表1所示。光學(xué)引擎系統(tǒng)的驅(qū)動電路能夠?qū)⒂嬎銠C輸出VGA信號的RGB信號處理后同時分別驅(qū)動三個LCD。背投影光學(xué)引擎是用于非相干光學(xué)信息處理的，用于全息光電再現(xiàn)時必須進(jìn)行改造，選用其中的R和B對應(yīng)的LCD，把它們從光學(xué)引擎上取下后重新固定，并按圖4所示組成實驗系統(tǒng)，再現(xiàn)像通過一雙孔光闌觀察，光闌的雙孔距離符合人眼一般瞳距取62mm。

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　　采用光學(xué)引擎系統(tǒng)的主要出發(fā)點是利用其能將彩色圖像通過RGB三個通道，將三基色圖像分別顯示于三個LCD，用于合成全息顯示時，則需要對全息圖作一定的處理，處理方法如圖5所示，將左右視圖的全息圖分別作為RGB圖像的R和B分量，G分量可以任意，進(jìn)而把RGB三個分量用Matlab圖像處理的方法處理合成一幅1024×768的RGB彩色圖像，這樣當(dāng)一幅RGB圖像通過計算機視頻接口輸出時，就同時輸出了一對體視全息圖到再現(xiàn)光路系統(tǒng)中，通過實時光電再現(xiàn)，使人眼觀察到立體像。

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　　4 實驗結(jié)果及分析

　　在實驗中，三維物體由軟件3D Max 5.0制作，為一小桌子，其下空間有一球，三維物體繞z軸轉(zhuǎn)動，每轉(zhuǎn)過6。取得一幅數(shù)字圖像。根據(jù)菲涅耳全息的基本原理用Matlab語言編寫了計算全息程序，對所得到的數(shù)字圖像序列，計算得到相應(yīng)的全息圖陣列，其中物光和參考光波長選用514.8nm，物面與全息面距離為300mm。對所得的全息圖陣列每相鄰兩幅全息圖按圖5所示用Matlab圖像處理方法得到RGB圖像陣列。用Visual Basic6.0編寫了控制程序，控制RGB圖像液晶空間光調(diào)制器輸出，再現(xiàn)光波長為510nm，L。焦距300mm，同時控制程序可以控制計算機以一定頻率輸出RGB格式的全息圖序列，且輸出頻率可調(diào)，輸出最大頻率為60Hz。利用人眼視覺殘留效應(yīng)，可以觀察到連續(xù)動感的再現(xiàn)立體像。實驗中同時也發(fā)現(xiàn)，由于激光功率、液晶空間光調(diào)制器開口率和透過率以及全息圖本身的衍射效率的影響，再現(xiàn)圖像的亮度受到了一定的限制。其次，由于液晶空間光調(diào)制器像元尺寸的限制，再現(xiàn)像的大小有限。

　　5 結(jié)論

　　。相比于傳統(tǒng)合成全息顯示技術(shù)，該方法中從體視圖的獲取、全息圖的計算到實時光電再現(xiàn)都是由計算機控制完成，提高了全息制作和顯示的可靠性和實時性，對促進(jìn)合成全息顯示技術(shù)的發(fā)展和實用化提供了一個有效的途徑。