计算全息图快速生成与显示的研究

摘要

全息图能记录光场，并且能再现出原来的光场。计算全息图（CGH）是使用计算机编程模拟光学全息的记录过程来编码制作得到的全息图。由于计算全息能够记录和再现计算机模拟出的虚拟物体，相比于传统的光学全息，具有其独特的优势。然而，计算生成全息图的过程是非常耗时的。利用改进优化的算法与硬件加速技术相结合将是未来计算全息显示技术发展的主要趋势。本文针对计算全息三维显示展开了相关的研究。主要内容如下：
　　首先，本文总结了有关全息术的基本理论知识，包括有波动光学和标量衍射理论，以及计算全息的基础知识。分别对利用基于点源法和基于快速傅里叶变换（FFT）算法来计算生成全息图的优缺点做了详细的分析，并在此基础上提出了一种基于归类法的CGH快速生成方法。
　　为了证实本文所提出的方法的有效性，我们分别以计算时间和全息图的再现像质来做评价。借助于硬件加速计算技术，本文将所提出的基于归类的计算全息图生成方法成功运用到显卡（GPU）上进一步提高了计算效率。
　　最后，本文设计并搭建了基于 DMD为空间光调制器的三维全息显示系统。分别对计算全息图进行了静态和动态光电再现实验。获得了较高质量的再现像，进一步证实了本文提出的方法的有效性。
　　本论文所提出的基于归类法的快速生成全息图方法将是三维点云物体的一种理想的CGH生成方法，特别是真实三维点云场景的实时再现。

目录

声明

引言

1 绪论

1.1 全息技术概论

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国外研究状况

1.2.2 国内研究状况

1.3 本论文的主要研究工作

2.1 波动光学

2.1.1 干涉与相干性

2.1.2 基本的光波

2.2 光的衍射和传播

2.2.1 光的衍射

2.2.2 光的传播

2.2.3 角谱理论

2.2.4 菲涅尔和夫琅禾费近似

2.3 全息图

2.3.1 同轴全息图

2.3.2 离轴全息图

2.3.3 傅里叶全息图

2.4 计算全息

2.4.1 物面和全息面的抽样

2.4.2 编码方法

2.5 两种常用的生成全息图方法

2.5.1 基于点光源的方法

2.5.2 基于快速傅里叶变换的方法

2.6 本章小结

3 计算全息图的快速生成方法

3.1 一种计算全息图快速生成方法

3.2 利用GPU加速计算

3.3 本章小结

4 基于数字微反射镜的全息光电显示

4.1 数字微反射镜

4.1.1 DMD的结构及工作原理

4.1.2 DMD的灰度调制

4.1.3 DMD的调制衍射特性

4.2 计算全息图光电再现

4.2.1 全息三维再现系统

4.2.2 再现结果

4.3 本章小结

5 总结与展望

参考文献

在学研究成果

致谢