基于数字微镜器件的全息编码与显示

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全息显示能够再现物波振幅与相位的全部信息,提供人类视觉系统所需的所有的心理与生理暗示,特别是深度暗示、视差等,因而能够再现出唯妙唯肖的三维场景,这是其他任何一种显示方法难以做到的。传统的光全息通过物光波与参考光波的干涉把物波信息记录在胶片上,然后用再现光对其照射从而再现出原物体。随着计算机科学的飞速发展,一门新的学科---计算全息应运而生。计算全息图的制作在计算机内完成,克服了光全息不能实时显示、不能显示现实世界中不存在的物体以及全息图制作需要极其严格的限制条件等缺点。因此计算全息显示被认为是未来真三维显示的主流。目前的计算全息显示远不能满足人的视觉需求,虽然其诞生已近半个世纪但仍处于幼年时期,主要是因为计算复杂及尚无理想的显示器件所致,因此探究合适的编码方法、研究现有显示器件的全息显示原理显得尤为重要。  本论文采用德州仪器生产的数字微镜器件(DMD)空间光调制器(SLM)对计算产生全息图的显示进行了初步的研究,内容包括计算全息图的编码方法及数字微镜器件的全息显示原理。论文的主要工作及贡献如下:  通过分析罗曼编码方法,提出一种纯相位型的罗曼编码方法,理论和实验都证明该方法提高了全息图的衍射效率。  通过对已有算法的分析提出了一种纯相位的余弦二值编码,由该方法编码的全息图与原物波函数的抽样数有一一对应的关系,能够充分利用数字微镜器件的空间带宽积,而且消除了零级衍射。  通过求解分数傅里叶变换公式的点扩展函数与菲涅耳衍射公式的点扩展函数,从理论上证明了二者在菲涅耳域中的等价性。采用人眼的分辨率尺寸与数字微镜器件的像素尺寸大小分别对物波函数与全息图进行抽样并用分块算法进行编码,达到了降低计算复杂度的效果,对菲涅耳全息图再现过程中出现的成像问题进行了理论分析。  在显示器件方面,论文选用德州仪器发明的反射式数字微镜器件作为全息显示器件,它被认为是目前最为先进的空间光调制器。本论文从数字微镜器件的微结构着手,结合已有的调制理论及衍射理论对数字微镜器件如何实现全息显示的机理进行了较为详细的论述,并根据其结构特点对生成的全息图进行了相应的相位修正,取得了初步的成果。
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