高分辨计算周视全息光场信息压缩及其快速算法研究

Computer-generated holography (CGH) is a wavefront reconstruction based true three-dimensional (3D) display technology, which is the inevitable development of holography in information era. The amplitude and phase of real object or virtual object can be encoded by CGH. The visualization effects of CGH match at the 3D visual characteristic of human eye completely. Thus, the computer-generated hologram can reconstruct high-resolution 3D images really and naturally. The viewing angle of holographic image is a significant factor of 3D visualization effect. Computer-generated cylindrical holography (CGCH) is proposed for holographic visualization with wide viewing angle. CGCH attracts much attention among academic and industry domain, and become a significant research orientation and hotspot in information science. Many researches about CGCH have been reported in recent years. However, CGCH is still far away from practical use. Based on research status, the challenge of realization of high-resolution CGCH-based 3D display is the huge compute burden. We will discuss the light field information compression of high-resolution CGCH and its fast algorithm in this project. It may provide theoretical and technical reference for CGCH-based 3D display model simplify and holographic fast algorithm design.

计算全息显示是基于波前再现的真三维显示技术，它是信息时代全息技术发展的必然。计算全息不仅可以编码实际物体光波的振幅和相位，而且能综合出虚拟物体波前，其显示效果与人眼三维视觉特性完全匹配，可以实现真实自然的高分辨三维显示。全息再现像的视角是关系三维显示效果的一项至关重要的技术指标，学者们为了实现大视角全息显示，提出了计算周视全息，其可实现视角为360度的三维显示。近年来，计算周视全息三维显示的应用研究引起了人们的极大关注，成为了信息科学的重要研究方向和热点。尽管计算周视全息已经取得一些进展，但离实用化尚且存在较大的距离。就目前研究现状，如何实现高分辨计算周视全息三维显示是一个难题，关键问题在于高分辨计算周视全息图需要的计算量很大。我们拟通过本项目的研究，讨论高分辨计算周视全息光场信息的压缩及其快速算法问题，为周视全息三维显示模型简化和全息快速算法设计提供理论指导及技术参考。

项目的背景.计算周视全息可以实现视角为360度的三维显示，可满足大视角多方位同时观赏的需求，被认为是最有前途的全息三维显示技术，一直备受学术界和产业界的高度关注。本课题基于此背景，开展相关技术和工艺研究。.重要结果.第一、光场信息压缩方面，主要有两方面结果：.1、降低物光波计算量：根据人眼三维视觉特性，采用模拟视点法对高分辨率三维物体进行离散采样，获得一系列二维图像，并在全息图计算时引入快速傅里叶变换计算光波的复振幅分布，这样可大大降低计算量，提高计算速度。.2、降低全息图计算量：我们将相位恢复算法引入到周视全息图的计算中，相位型计算全息图，其无载频的引入，空间频率较低，计算量可减少。.第二、相位型计算全息图直写输出及模具制备方面，主要有两方面结果：.1、相位型全息图的高精度可控输出：在相位型全息图的输出技术及其工艺研究上，经大量实验以及工艺总结，在多灰阶相位型全息图的直写输出时，可将纵向加工工差控制在以内，从而有效的抑制零级光以及共轭像的干扰。.2、高保真度微纳结构精密电铸工艺：我们主要围绕精密电铸过程中，如何增加镍层光洁度，以及降低模具剥离时的结构损耗等工艺，并且通过镍层生长速率的控制，有效弥补镍层生长过程中的延展误差。.第三、多区域全息图无缝模具制备及纳米压印工艺研究，主要有两方面结果：.1、无缝模具的制备方案优化：优化热转印系统的对准精度以及伺服电机的机械和控制部分，实现可以保证在450*450（mm）行程范围内对准精度达到1um，同时，优化液压系统的压力输出稳定性和可控性，保证纵向结构转移误差控制在2%范围内。.2、基于紫外线固化技术的微纳结构转移技术：探索紫外线固化技术的相关工艺，从而提高微纳结构的转移精度，减小脱模损耗。.关键数据及其科学意义.将计算相位型全息图与周视三维显示结合，降低了计算周视全息的信息量，相关研究，不仅使周视三维显示应用成为可能，而且为三维微纳米结构的制备提供技术和工艺借鉴。