高分辨数字全息三维投影显示研究

全息显示是唯一能够实现人眼所需全部视觉信息的三维成像技术，数字全息投影显示是实现裸视真三维动态显示的最优方案。本课题研究高分辨数字全息三维动态投影显示的理论和关键技术问题，研究方案采用位相全息图数字化建模，应用高速电寻址液晶空间光调制器和高效衍射光学复制系统，在光寻址双稳态液晶空间光调制器上分区存储，整体投影显示的技术。为了提高数字全息图的计算速度和精度，提出了点基元采样法与多平面近似法相结合，精确描述三维物体面形，并应用波面追迹的三维物体建模的方法；以及利用CUDA平台，构建以并联GPU为核心的数字全息图高速运算系统。为了解决全息图高效率分区存储问题，提出了斜入射加位相补偿，以及达曼光栅分区的方法。研究目标是实现1亿像素的数字全息投影显示实验样机，并获得三维物体高分辨率动态投影显示的实验结果。本项目原理清晰，经过充分预研和论证，在理论和技术上均有所创新,有很好的发展前景。

全息显示是唯一能够真正实现具有人眼所需全部深度信息。本项目经过三年的研究，提出了适合三维投影显示的三维物体建模方法，提出了不同的计算全息图算法，通过硬件系统的搭建结合软件算法优化，有效地提高了数字全息三维动态投影显示质量和效果，具体成果如下：.（1）在高速算法方面：提出了高速计算方法并通过计算机硬件实现了并行运算加速。基于点源法的压缩查表法有效地降低了数据存储量，减少了计算所需的内存，提高了计算速度；基于面源法的仿射变换算法，利用一步解析分析过程，简化了运算，通过降低计算量的方法实现了增速的目标。对点面结合的方法进行了探索，将点源法和面源法的优势相结合进一步提高计算速度。利用并行运算平台，将计算过程的并行化，通过计算硬件加速全息图的计算过程实现以满足动态高分辨率数字全息三维投影显示的要求。.（2）在提高系统空间带宽积方面：构建了纯位相液晶空间光调制器的可调参数傅里叶变换全息三维显示系统，在充分利用空间带宽积的前提下，改善了三维投影的成像效果。利用4f系统和单镜系统实现了对三维再现像的放大；利用多空间逛调制器无缝瓦接增大显示系统的视场角。.（3）在提高系统再现像分辨率方面：提出了消除零级噪声方法；提出了复振幅调制方法；避免了空间光调制器特性导致的波前信息丢失，提高了成像质量。引入真实光照效果，搭建了彩色显示系统，从算法上和硬件系统上提升了最终显示效果。.总之，本项目开展以来针对计算全息高速算法、计算机硬件辅助的加速方法、视场角和再现像尺寸的增大、投影显示噪声的消除以及显示质量的提高等方面进行了研究，相关科研成果在国际主流学术期刊如《Optics Express》、《Applied Optics》等上发表十余篇，得到了国际学术界的关注和认可。.