基于电子全息的裸眼三维图像实时显示研究

Electron holographic 3D image display is consist of the holography and the electron display technology, is applied an electronic way to represent the 3D information of objects. This research goal is to research the electron holographic naked-eye 3D image real-time display mechanism, including the recording and reconstruction of digital holography, the 3D image encoding/decoding and high-speed transmission, and the naked-eye 3D image real-time display..In order to conquer the solitary shortage of the optic system or the electron system, this project is based on the combination of electronics and Fourier optics, and relates many research fields. Applied the highly accurate photosensitive electronic elements as recording material, do not need the many cameras and heavy post-processing of optical holography, and this method is suitable for recording moving objects..In experiments, Applied Liquid crystal display-spatial light modulator (LCD-SLM) to control signal flexibly, the carrier wave signal of the 3D information will be written into incident light wave appropriately. Meanwhile, the space-and-time of two-dimensional distributed characteristics of light waves in digital holography is modulated, such as phase, amplitude, frequency, polarization state and so on, it can improve the 3D information transmission speed and the 3D image display quality. The resolution and contrast ratio of 3D images real-time display will also be improved using the GPU parallel transmission and the encoding synthesis algorithm of the complex functions..This research project are very significance and have widely application value in many scientific fields, such as electron holographic high-resolution microscopy, glass-free 3D television, 3D human-computer interaction and national defense and so on.

电子全息三维显示是全息技术和电子显示技术相结合的产物，是以电子形式来表示物体的3D信息。课题目的是研究电子全息3D图像实时裸眼显示机理，包括数字全息记录与再现、3D图像编码高速传输和裸视3D图像实时显示。.课题建立在一种将电子学和傅里叶光学紧密结合的基础上，来克服全光学系统或全电子学系统的缺陷，研究涉及多学科。采用高精度光敏电子元件作记录介质，不需要多个摄像头和光全息的繁琐后续处理，适合记录运动物体。采用液晶显示－空间光调制器（LCD-SLM）灵活控制信号，将信号所载荷的信息恰当的写进入射光波中，对数子全息光波二维分布的相位、振幅、频率、偏振态等特性进行空间和时间的调制，提高了传输速度和显示质量。采用GPU并列传输和复函数的编码合成计算，改善3D图像实时显示的解像度和对比度。.该研究对于电子全息高分辨率显微、裸视立体电视、三维人机交互通信以及国防等科学领域有着重要意义和应用价值。

项目的背景是研究电子全息三维图像裸眼实时显示，它是全息技术和电子显示技术相结合的产物，是以电子形式来表示物体的3D信息。课题目的是研究电子全息3D图像实时裸眼显示机理，包括数字全息记录与再现、3D图像编码高速传输和裸视3D图像实时立体显示。.研究的内容为1）研究三维图像信息获取，采用了利思-乌帕特尼克斯全息原理，实验获取高质量的单色红光全息图像。建立实验系统一套，其全息图像参数为2448×2050像素，14.3MB，显示较大的三维全息图像。2）研究三维图像信息传输，建立实验硬件和软件系统。其主要技术指标为三维彩色图像（24位）实验，数据速率(DR)≥20Mbps，编码传输速率(ETR)≤8Mbps。主要传输大小为10mm × 10mm × 10mm的物体信息。实现电子全息三维数字图像整体压缩编码率不低于10倍；物体信息的恢复后图像保真度不低于90%。3）研究三维图像裸眼立体显示，实现了电子全息三维图像实时裸眼立体显示硬件和软件支撑装置。其主要技术指标为视场角度±1.5°，显示三维全息图像尺寸50mm×50mm×50mm，分辨率50 pl /mm。.取得的成果为建立了电子全息三维图像实时显示实验装置，提交了电子全息三维图像实时显示的相关研究报告4份，申请发明专利14项，获得授权发明专利9项，发表SCIEI论文8篇。实现了物体三维信息的振幅和相位函数的合成编码快速计算，解决了三维图像信息在传输中分配与合成复原。实现了数字全息信息的压缩编码、并列高速传输计算，傅里叶逆变换再现计算，液晶显示-空间光调制器调制解调以及装置的结构优化等，直接改善了三维图像实时显示的解像度和对比度，提高了三维图像实时显示质量。并培养全日制研究生16人，本科生14人。.该研究对于电子全息高分辨率显微、裸视立体电视、三维人机交互通信以及国防等科学领域有着重要意义和应用价值。（注：以上数据是目前该领域的实验相对参考数值。）