真彩色三维目标位相型全息图快速获取与宽视角动态全息显示

真彩色三维动态全息显示在科学数据可视化、生物医学成像、多媒体展示、虚拟现实等领域具有重要实用价值。目前该技术领域中存在的主要问题包括：复杂真彩色三维目标的高质量全息图的获取方法问题、真彩色动态全息三维再现像的质量问题、视角扩展问题等。解决这些问题对推动全息显示技术的发展具有重要意义。本课题针对这些问题开展如下研究工作：①.研究基于视觉感知特性的非均匀采样方法和基于并行计算环境的位相型查表法(P-LUT)实现真彩色三维目标的随机位相型全息图序列的快速计算，并获得低噪声的全息三维再现像；②.研究真彩色全息三维再现像的色差影响因素以及液晶空间光调制器(LC-SLM)像素间相互作用对加载位相型全息图的实际位相调制偏差的影响机理，提出相应的全息图预矫正方法；③.研究基于SLM正交组合方式的全息光电再现三维实像的视角扩展方法。课题研究成果可为真彩色三维目标的宽视角动态全息显示提供新的方法和技术基础。

本项目主要围绕真彩色三维目标位相型全息图的快速获取与全息显示方面开展研究工作。主要取得完成的工作和取得研究成果包括：.1）提出了基于位相型查表法(P-LUT)实现位相型全息图的计算。通过数值再现和光电再现实验，分析了相息图与振幅全息图的再现结果差异。验证了相息图再现结果具有更高的衍射效率和更低的背景噪声；提出了新的二元位相型LUT算法以降低算法对内存空间的要求。实现了基于高性能计算工作站的相息图快速计算方法，并与个人PC机的计算速度进行了对比分析。.2) 提出了4F变焦干涉测量方法对液晶像素间的相互影响进行测试分析。根据边缘场效应的原理，提出了通过对加载至SLM的全息图先进行邻域就近插值处理，并采用拉普拉斯边缘锐化克服液晶空间光调制器边缘场效应的影响，提高了成像质量。模拟和实验结果验证了该方法在抑制液晶边缘场效应对全息成像的不利影响方面的有效性。 .3) 分析了RGB真彩色再现时各颜色分量再现像的位置偏差的影响因素，提出了在相息图中加载特定周期和槽向的数字闪耀光栅以及特定焦距的数字菲涅耳透镜的方法对RGB各分量再现像的位置偏差进行矫正。给出了误差矫正前后的全息光电再现效果，验证了所提出的方法的有效性。.4) 提出了基于透射式LC-SLM和反射式LC-SLM曲面拼接的视角扩展方法，构建了相应的光路系统，进行了视角扩展实验研究；设计并构建了基于透射式液晶空间光调制器正交组合全息显示系统，并进行了承载实验研究。开展了基于双波长上转换方法的全息显示实验研究，设计了基于LC-SLM正交组合式上转换全息显示方法和装置。.2013年受邀在新加坡举行的Workshop on Holography to Light Field 上作邀请报告，2014受邀在北京理工大学举办的全息与相关技术国际研讨会(IWH2014)上作学术报告。同年受邀在南京举办的全国光电子技术与系统学术会议上作学术报告。增强了该课题研究在国内外的学术影响力。