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《安徽工程大学》 2019年
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计算全息显示的关键技术问题研究

周婷婷  
【摘要】:三维显示技术在文娱、军事、医疗等方面均有广泛的应用,随着社会的发展,人们逐渐想要获得更真实的视觉感受,这促进了三维显示技术领域研究的发展。现有的三维显示技术,如视差显示、体三维显示等缺乏人眼感知三维物体所需的充分深度信息。而全息显示可以提供人眼感知三维物体所需的全部深度信息,给人舒适、真实的三维立体视觉感,称为真三维显示技术。且计算全息显示技术因其效率高、存储性强、成本低等优点,成为全息三维显示领域的研究热点。然而,计算全息显示技术发展至今仍存在显示质量差、计算速度慢、显示质量的评价方法复杂等关键技术问题。针对以上关键技术问题,本文开展的研究工作与创新点如下:1.研究了计算全息显示的基本原理,主要包括衍射问题数值计算中的离散菲涅耳衍射、卷积计算法及角谱计算法,三维计算全息算法中的点元法、面元法及层析法,计算全息编码方法中的振幅型编码及相位型编码,分别分析了各自的优缺点。最终确定本文将选用基于层析法的角谱衍射计算全息算法进行全息图计算,对该算法的原理及算法流程进行了详细阐述。2.为了同时提高显示质量和计算速度,针对纯相位全息再现像中的散斑噪声问题,提出了一种基于分层角谱的误差扩散法。本算法通过分层角谱算法计算得到三维物体的复振幅全息图,利用误差扩散法计算得到纯相位全息图,重建得到清晰的再现像,实现了对纯相位全息再现像散斑噪声的抑制。仿真实验验证,相同条件下本算法运行时间为0.887s,基于角谱衍射理论的GS算法运行时间为2.648s,本算法大大加快了计算速度。对三维物体进行数值仿真实验表明,直接去除振幅的三种不同重建距离的纯相位全息再现像的散斑指数都大于1;本算法纯相位全息再现像的散斑指数有所减小,基本小于1,可以说明本算法对三维物体纯相位全息显示中散斑噪声的抑制是有效的,明显提高了重建图像的质量。3.为了找到一种方便直观的评价计算全息显示质量的方法,分析了常用的评价显示质量方法存在的缺陷及局限性。考虑到光学中点扩散函数可作为基本成像函数用以检查所重建图像的特征和质量,因此引入点扩散函数,提出将点扩散函数作为计算全息显示质量的评价方法。重建图像可看作是点扩散函数与原始图像进行卷积得到的图像,因此点扩散函数模型的好坏则反映了重建图像质量的高低,利用点扩散函数可以非常直观的评价显示质量的高低。将点光源作为实验对象,分析不同实验参数分别改变时所对应的点扩散函数模型的变化,根据点扩散函数模型的好坏得到最佳显示质量对应的实验参数。
【学位授予单位】:安徽工程大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:TN27

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