三维光场的计算全息设计与再现研究

三维全息成像是利用全息术在空间形成立体图像的技术。一个三维物体,可以沿光轴方向分为一系列二维断层图像的组合。利用高效、快速的三维Gerchberg-Saxton算法,生成位相型傅里叶计算全息图,并加载在液晶空间光调制器上,理想地重构出高质量的三维光场,实验结果表明,图像清晰连贯,对比度高,噪声小。该技术在医学、军事、三维显示、微加工以及显微技术等领域有重要应用价值。

基于三维光场的静态场景前景分割

为解决复杂场景中的前景提取问题提出一种基于三维光场分析的静态场景前景分割方法.首先,通过在一条直线等间距的不同视点上拍摄场景的序列图像构建密集采样的三维光场.其次,用线段检测(LSD)直线检测算法从对极平面图(EPI)中分析提取出场景边缘及其深度信息.借助分段三次Hermite多项式(PCHIP)快速插值算法恢复整个场景的深度信息.最终,通过阈值法实现对不同深度的前景物体的分割.初步实验结果表明,本方法能够较准确地恢复场景中多个物体之间的空间关系,前景分割结果较好地克服了现有基于区域聚类和数学形态学等方法在复杂场景应用中存在的过分割问题.

无衍射特殊光束的产生与三维表征

无衍射光束(如贝塞尔光束、艾里光束)因具有无衍射、自愈合的特性,在很多领域都有广泛的应用.本文提出使用纯相位型空间光调制器对光场的复振幅进行调控,从而可以产生多种复杂模式的无衍射光束,如强度可独立调控的多个零阶贝塞尔光束,两个高阶贝塞尔光束干涉生成的花瓣状无衍射光束,具有多个主瓣的加速光束等特殊的无衍射光束.通过在待测焦场附近放置一个平面反射镜,使其沿光轴快速扫描光场,并由数字相机同步拍摄反射回来的一系列二维光场强度分布信息,可实现对无衍射光束三维光场强度分布的快速测量和表征.本实验方法和技术可以快速产生各种复杂的特殊光场并获得其精确的三维可视化重建效果,在光学显微、光学俘获、光学微加工等领域有潜在的应用价值.

基于空间光调制器的多层图像的构建与可视化

为解决实时直观地观察多层再现图像的问题,提出利用发光材料实现其可视化.针对由沿光轴方向的二维图层组成的空间图像,利用高效、快速的三维Gerchberg-Saxton算法,得到位相型计算全息图,并通过计算机进行了数字模拟再现.阐述了三维Gerchberg-Saxton算法的流程,并搭建了基于液晶空间光调制器的位相全息图光学再现与可视化光路.利用液晶空间光调制器的灰度-位相曲线把计算全息图转换为灰度图,加载在液晶空间光调制器上,再现出高质量的三维光场,同时利用量子点材料的荧光特性实现了图像的可视化.实验结果表明,光学再现与计算机模拟结果较吻合.该技术在医学、军事、三维显示、微加工以及显微技术等领域有重要应用价值.

真三维显示技术概述与现状:原理和展望

致力于复现三维真实场景的真三维显示技术,其自然的三维视觉感知和直观的用户体验越来越符合人们对显示系统的需求.真三维显示技术代表未来先进显示技术的发展方向,也是促进元宇宙领域发展的关键技术.真三维显示为虚实世界的信息链接提供直接的窗口,为虚实世界的交互提供沉浸式三维视觉感知效果.迄今为止,学者们提出多种显示原理和系统样机.文中首先针对主流的各类真三维显示技术的原理及代表性系统样机进行较完整地梳理.然后,针对各类显示技术的优缺点进行详细分析和总结,详细分析未来三维显示技术的重点发展方向和趋势.最后,对该领域未来的发展前景进行展望.随着计算机技术、光电子技术、5G通信等领域的快速发展,真三维显示系统将在高质量显示、强大的计算能力及智能感知与交互功能方面实现技术突破,其应用潜力将愈发凸显.

超多视点的大视角光场三维显示方法

针对传统自由立体显示技术视点数目少和视角窄的问题,提出一种超多视点的大视角光场三维(3D)显示方法。基于集成成像全视差光场构建原理,该方法利用大节距的非连续柱透镜阵列(DLLA)以特定的水平方向角将基元图像(EI)中所有平面像素发出的光线进行水平调制,在大视角范围内构建出水平方向密集排列的超多视点。此外,对DLLA进行光学成像优化设计以抑制像差,保证高质量3D成像。在实验部分,利用分辨率为1280pixel×720pixel的54inch(1inch=2.54cm)发光二极管(LED)显示器实现了视角为42.8°、视点数目为100的水平光场3D显示效果,且3D成像的畸变率为2.23%,呈现的3D影像具有连续的运动视差和自然的深度信息表达,这些结果验证了本文方法的优越性和可行性。