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《苏州大学》 2013年
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彩色计算彩虹全息实用技术的研究

施逸乐  
【摘要】:计算全息显示技术是基于波前再现的真三维显示技术,它是信息时代光学全息发展的必然。像光学全息显示一样,计算全息显示效果可与人眼三维视觉特性完全匹配。计算全息不仅可以全面地编码实际光波的振幅和相位,而且能综合出世间不存在的物体波前,因而具有独特的优点和极大的灵活性,被认为是最有潜力的三维显示技术。随着计算机性能、高分辨率图像显示器件、可擦写大面积高分辨率记录材料以及微纳米制造等一系列技术的快速发展,基于计算全息的三维显示技术应用研究已成为目前三维显示研究重要方向之一。本论文基于文献调研和研究实践,针对目前制约计算全息显示技术进步的几个关键性的问题,通过理论分析和实验证实,开展彩色计算全息实用技术的研究。 至今为止,彩色计算全息颜色匹配都默认按照彩色数字图像的颜色匹配方法进行匹配。从理论上来讲这种颜色匹配方法是不严格的,而且在实践中也表明采用这种颜色匹配方法时,全息再现像与计算全息彩色目标之间存在较大的颜色差异。尽管如此,由于人眼颜色视觉的恒常性,在某些对颜色质量要求不高的场合仍然可以被勉强接受。事实上,彩色计算全息作为一项实用的彩色再现技术,必须要对其建立一套有严格理论依据的颜色传递及匹配方法,本论文从色度学颜色匹配和传递原理出发,对彩色计算全息技术的整个颜色传递过程进行了较为全面的剖析,给出了计算机显示色系下彩色全息目标的颜色量与最终彩色全息图编码时,三原色物光波振幅之间的关系。最后采用计算彩色菲涅耳全息和计算彩色彩虹全息,实现了高质量的计算全息彩色显示。 根据彩色全息图光栅结构与三原色波长之间的关系,提出了单波长彩色计算全息术,仅仅采用单一计算波长即可将彩色物体三维信息编码到全息图中。在此基础上结合二步法光学全息术基本原理,设计了基于波前再现的彩色计算彩虹全息术算法模型,实现了单波长计算的实际彩色物体和虚拟彩色物体彩虹全息彩色三维显示。 针对彩色彩虹全息显示的特点,论文详细分析了彩色计算彩虹全息术的颜色复现机理,给出了其颜色复现三原色的计算方法,讨论了彩色计算彩虹全息术颜色复现质量与计算参量的关系,通过彩色显示常用颜色样品为全息图计算物体,计算其彩色彩虹全息图,并通过自行研制的高分辨率计算全息图直写系统输出成为可实际光学再现的彩虹全息图,并通过实际测量,对彩色全息像的颜色复现质量进行了定量评价。为高保真度颜色复现质量彩色彩虹全息图的制作提供技术依据。 全息再现像的视场是影响三维显示效果的一项至关重要的技术指标,就目前计算机性能而言,大视场的全息图计算并不是难题,在实践中遇到的最大困难是如何将大视场的计算全息图低成本快速地输出成为可进行实际光学再现的全息图。我们充分利用计算全息和光学全息各自的优势,提出了基于计算机和光学结合的大视场全息显示技术,利用适当幅面的计算全息图结合光学全息制作得到了幅面比计算全息图大得多的彩色彩虹全息图。论文首先分析了计算全息信息量与三维显示的关系,给出了基于计算机和光学联合的彩色彩虹全息显示基本理论,在此基础上提出了计算机制等效彩色全息图算法,将大视场的物体信息编码到一张幅面较小的计算全息图中,通过高分辨率计算全息图直写系统输出成为可实际光学再现的等效彩色全息图,并采用激光再现即可将大视场物光波信息还原,再引入参考光与之干涉即可制作得到大视场彩色彩虹全息图。论文给出了理论设计和实验结果。
【学位授予单位】:苏州大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:TN27

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