一种激光全息全数字彩色电视机系统及激光全息反射波带片波动图样获取和再现方法

摘要

本发明公开了一种激光全息全数字彩色电视机系统及激光全息反射波带片波动图样获取和再现方法，系统包括反射波带片数码图像微机处理系统和反射波带片波动图样获取系统；反射波带片数码图像微机处理系统包括暗箱、上下两部数码相机、两个反射波带片盒、第一程控电机、第一平板电脑、微机、工作台和电视机；第一平板电脑控制暗箱内灯光，控制第一程控电机带动每一张反射波带片通过感光拍摄窗口，上下两台数码相机在将反射波带片正反两面波动图样中每个像素点的相位摄影记录，数码图像导入微机进行识别匹配和全数字编码，记录和再现反射波带片大量信息影视，实现人们在高分辨率内圆弧形彩色电视机上，裸眼观看空间三维立体图像。

说明书

技术领域

本发明涉及一种激光全息全数字彩色电视机系统及激光全息反射波带片波动图样获取和再现方法。

背景技术

现有彩色电视机经历了从彩色电视机到立体眼镜式3D彩色电视机的进程，人们戴立体眼镜看高频切换的立体相对电视重现立体影像，双眼容易疲劳，直接影响人们的感官享受。

上世纪四十年代，丹尼斯·盖伯发明了激光全息照相术，尤其，十六年后激光器问世，开发激光全息电影和电视，一直是人们追求的目标。几十年来，由于激光全息照相术结构复杂、设备笨重、技术上无法移动拍摄，难以在人们日常生活中推广应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种激光全息全数字彩色电视机系统及激光全息反射波带片波动图样获取和再现方法，实现裸眼观看空间三维立体图像。

本发明的技术解决方案为：

一种激光全息全数字彩色电视机系统，包括反射波带片数码图像微机处理系统；

所述反射波带片数码图像微机处理系统包括暗箱、第一数码相机、第二数码相机、第一反射波带片盒、第二反射波带片盒、用于带动反射波带片的第一程控电机、第一平板电脑、微机、工作台和电视机；

暗箱顶部和底部分别嵌入安装有第一数码相机和第二数码相机，两个侧面各设有一个反射波带片通过的出口，暗箱与第一数码相机、第二数码相机、第一反射波带片盒、第二反射波带片盒围城的内部空间是密封的；

暗箱包括上暗箱和下暗箱，上暗箱和下暗箱通过暗箱中间板隔开，暗箱中间板上开有一个长方形感光窗口；下暗箱的底部四角各安装一个射灯；上暗箱的顶部安装有第一数码相机，下暗箱的底部安装有第二数码相机，两台数码相机的物镜主光轴重叠且均经过感光窗口中心点，且两台数码相机的物镜主光轴均垂直于感光窗口平面，两台数码相机的物镜至感光窗口中心点的距离相等；上暗箱正前方外壳的上设置有一台第一平板电脑，第一数码相机和第二数码相机均与第一平板电脑相连，第一平板电脑与微机相连；

暗箱两侧外壳上分别安装有第一反射波带片盒和第二反射波带片盒；暗箱两侧外壳上与暗箱中间板相接的位置处设有两个开口，两个开口分别与第一反射波带片盒和第二反射波带片盒的滑口【反射波带片盒的滑口即反射波带片盒上反射波带片的进出口，其采用光滑、摩察系数较小的结构】对接；两个反射波带片盒的中轴均与第一程控电机传动连接，第一程控电机受控于第一平板电脑；

所述工作台一侧与暗箱一侧外壳固连；所述微机设置于工作台内部，工作台上放置有电视机，电视机与微机相连；电视机显示屏上贴有一张偏振光膜或光栅片，所述偏振光膜或光栅片的尺寸形状与电视机显示屏的尺寸形状一致。

进一步地，所述电视机上部设有一个数码立体镜式照相机，电视机与微机均与所述数码立体镜式照相机的数据端口相连。

进一步地，所述微机接入有线电视网络。

进一步地，所述微机中设有3D图形显示卡和IMAX 3D数字影像增强器。

进一步地，所述工作台上设有电视机遥控器和键盘，所述键盘与微机相连。

进一步地，所述微机上设有插口和光盘仓。

进一步地，所述电视机为内圆弧形彩色电视机，其显示屏为内圆弧形等离子屏或高分子液晶屏，偏振光膜或光栅片为内圆弧形偏振光膜或光栅片。

进一步地，还包括一个激光全息反射波带片波动图样获取系统；

所述激光全息反射波带片波动图样获取系统具体包括悬挂式万向轮、激光器、回转棱镜盒、红黄蓝三色圆盘、第二程控电机、瞳距针孔板、摄影平台、电影摄影机和第二平板电脑；

所述激光器通过悬挂式万向轮悬挂于摄影平台中央；

所述回转棱镜盒上部的中间位置设有开口，激光器设置于所述开口的正上方；激光器旁边设有第二程控电机，激光器下方设有能绕固定轴转动的红黄蓝三色圆盘；红黄蓝三色圆盘与第二程控电机传动连接，所述激光器和第二程控电机均与微机相连；

所述回转棱镜盒中设有一块人字形平面镜和四块平面镜，人字形平面镜设于回转棱镜盒上部中间位置，两个镜面均与回转棱镜盒顶部外壳成45度；四块平面镜分别设于回转棱镜盒内的四角处，回转棱镜盒上部的两块平面镜均与回转棱镜盒顶部外壳成45度；回转棱镜盒下部的两块平面镜均与回转棱镜盒底部外壳成45度；

回转棱镜盒下部两端分别固连有瞳距针孔板和电影摄影机，所述瞳距针孔板和电影摄影机相对设置；

所述摄像头安装于电影摄影机物镜的上方，所述第二平板电脑安装于电影摄影机一侧；

所述第二平板电脑与摄像头相连；

所述微机与电影摄影机相连；

所述电影摄影机上设有乳胶软片盒和反射波带片盒。

进一步地，回转棱镜盒由一个上部、左侧中部、右侧中部、左侧下部和右侧下部组成，左侧下部的左端、左侧中部、上部、右侧中部和右侧下部的右端依次相连形成一体化的空腔结构；上部与两个下部平行，两个中部垂直于上部与两个下部，左侧下部的右端固连有瞳距针孔板，右侧下部的左端固连有电影摄影机。

进一步地，所述瞳距针孔板上设有孔距与观察者瞳孔距相等的两个针孔。

一种激光全息反射波带片波动图样获取和再现方法，采用上述系统，包括以下步骤：

步骤一：获取激光全息反射波带片；

步骤二：再现激光全息反射波带片上记录的波动图样；

所述步骤一包括：

将所述的激光全息反射波带片波动图样获取系统通过悬挂式万向轮悬挂在摄影平台中间；

将反射波带片数码图像微机处理系统安装在摄影平台附近；

通过微机控制激光器发射激光，控制第二程控电机带动红黄蓝三色圆盘旋转；

激光器发射出来的激光经红黄蓝三色圆盘后射入回转棱镜盒中的人字形平面镜两侧，分成两束激光平面光波，左侧激光平面光波经回转棱镜盒的左部顶端平面镜和左部下端平面镜折射到瞳距针孔板上，该激光平面光波经瞳距针孔板上的两个针孔后，成为两束球形光波，两束球形光波照射于摄影平台上的人物和景物上，再经电影摄影机前端物镜折射后，在电影摄影机后端暗盒的电影乳胶软片一侧成像；同时，经人字形平面镜折射后的右侧激光平面光波经回转棱镜盒右部顶端平面镜和右部下端平面镜折射到电影摄影机后端的暗盒的电影乳胶软片另一侧；通过微机控制电影摄影机的快门，进行拍摄；

通过第二平板电脑实时观察拍摄景物的效果，控制激光全息反射波带片波动图样获取系统以悬挂式万向轮为支点进行360度旋转和上下移动；

最终得到拍摄完成的激光全息反射波带片；

所述步骤二包括：

将步骤一种中拍摄完成的激光全息反射波带片放入暗箱左侧的反射波带片盒中；

通过第一平板电脑控制暗箱内灯光，并控制第一程控电机有序地带动每一张反射波带片通过感光拍摄窗口，上下两台数码相机在第一平板电脑的控制下，同步拍摄反射波带片正反两面波动图样；得到正反两面的数码影像；将正反两面的数码影像导入微机；所拍摄数码图像在第一平板电脑上显示；

微机对正反两面的数码影像的同名像素点相位进行识别和匹配，将每一幅正反两面的数码影像合成处理成全数字图像；

最终将全数字图像传送至内圆弧形彩色电视机，进行显示。

进一步地，所述微机将识别匹配和全数字编码的数码图像进行存储，并上传到有线数字电视网络。电影摄影机高分辨率光谱乳胶软片Kodak G649F。

有益效果：

本发明的激光全息全数字彩色电视机系统及激光全息反射波带片波动图样获取和再现方法，拍摄时，将激光全息反射波带片波动图样获取系统中的电影摄影机的物镜对准景物、广告、动漫，即可获得记录有正反两面波动图样的反射波带片。电影摄影机采用目前全息照相术上用得最广的是分辨率极高的光谱乳胶软片Kodak G649F。涂有这种乳胶的照相软片，每毫米可记录1000多条线，也就是说，可制成每毫米有1000多条线的全息照相光栅。反射波带片能在白光下观看三维立体图像，利用反射波带片的这一特性，基于高分辨率数码相机将长*宽反射波带片正反两面波动图样每个相同相位的像素点摄影记录，将数码图像导入微机，微机识别匹配和全数字编码处理反射波带片记录和再现的大量信息，在电视机屏上供人裸眼观看立体图像。现有电视机分辨率约600条线/毫米，如果高分辨率等离子屏或高分子液晶显示屏的分辨率能达到1000多条线/毫米，则能实现更好的影视保真度。

本发明构思巧妙独特，功能完备，易于实施，使用方便，拍摄效果好，成像效果好，后期制作简单，适用范围广。

附图说明

图1为激光全息全数字彩色电视机的总体结构示意图；

图2为暗箱剖面结构及光路示意图；

图3为高分辨率内圆弧形等离子屏或高分子液晶屏示意图；

图4为内圆弧形偏振光膜或光栅片示意图。

标号说明：1—工作台，2—微机，3—键盘，4—插口和光盘仓，5—内圆弧形彩色电视机，6—内圆弧形显示屏，7—数码立体镜式照相机，8—遥控器，9—暗箱外壳，10—第一数码相机，11—第一反射波带片盒，12—第二反射波带片盒，13、14—反射波带片盒的滑口，15—第一程控电机，16—第一平板电脑，17—悬挂式万向轮，18—激光器，19—第二程控电机，20—红黄蓝三色圆盘，21—回转棱镜盒，22—人字形平面镜，23、24、25、26—平面镜，27—瞳距针孔板，28、29—针孔，30—电影摄影机，31—高分辨率乳胶软片盒，32—第三反射波带片盒，33—电影摄影机物镜，34—摄像头，35—反射波带片，36—第二平板电脑，37—摄像平台，38—第一数码相机物镜，39—第二数码相机物镜，40—第二数码相机，41—反射波带片，42—反射波带片或感光拍摄窗口，43、44—暗箱两侧开口，45、46、47、48—底部四角射灯，49—等离子屏或高分子液晶屏，50—内圆弧形偏振光膜或光栅片。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明：

如图1所示，本发明的一种激光全息全数字彩色电视机系统，包括激光全息反射波带片波动图样获取系统和反射波带片数码图像微机处理系统；

所述的反射波带片数码图像微机处理系统，包括工作台1、微机2、键盘3、插口和光盘仓4、内圆弧形彩色电视机5、数码立体镜式照相机7、暗箱、高分辨率数码相机(第一数码相机10和第二数码相机40)、第一反射波带片盒11、第二反射波带片盒12、感光窗口和第一程控电机15；

暗箱六个面均为密封面；暗箱由上暗箱和下暗箱构成，暗箱中间板上开一个大小适中的长方形感光窗口；暗箱的顶部和底部(感光窗口中线上部和下部)分别安置一台功能完全一致的高分辨率的数码相机，第一数码相机10的物镜至感光窗口中心点，即反射波带片像主点的距离和第二数码相机40的物镜，至感光窗口中心点，即反射波带片像主点的距离均相等；第一数码相机10的物镜主光轴与第二数码相机40的物镜主光轴均重叠，暗箱底板四角分别安装一个射灯(45、46、47和48)，照射在感光窗口的反射波带片42上。

暗箱外壳9正前上方设置一台第一平板电脑16，第一平板电脑16的数据线与微机2连通，上下两台数码相机(第一数码相机10和第二数码相机40)的数据线均与第一平板电脑16连接，第一平板电脑16控制上下两台相机同步拍摄反射波带片正反两面波动图样。

暗箱两侧外壳上分别安装有第一反射波带片盒11和第二反射波带片盒12；暗箱两侧外壳上与暗箱中间板相接的位置处设有两个开口43和44，开口43和44分别与第一反射波带片盒11和第二反射波带片盒12的滑口13和14对接；两个反射波带片盒的中轴与均第一程控电机15传动连接，第一程控电机15的数据线与第一平板电脑16连接，由第一平板电脑16控制第一程控电机15带动反射波带片盒上的中轴，将反射波带片从一个波带片盒导入另一个波带片盒中。

暗箱设于工作台1的一侧。工作台1与暗箱外壳9固连，工作台1中设有微机2，微机2中加载有3D图形显示卡和IMAX 3D数字影像增强器。随着数字图像处理、模式识别、人工智能、专家系统以及计算机和视觉科学的不断发展，这些技术已在生产中得到了广泛应用。3D图形显示卡和IMAX 3D数字影像增加器具有1万亿次浮点运算图形处理能力(相当100部台式电脑同时工作)，可定位像素的数量增加，极大地提高了影像的锐度保真度(保真是一幅图像被精确重现的程度)，由于所有影像都是由数字构成，高标准再现空间清晰逼真的影像立体视觉，为激光全息电视全数字数码合成处理提供了高质量技术支撑。

工作台1上设置一有内圆弧形彩色电视机5，它是由现有电视机本体改进完成，彩色电视机5数据线与微机2连通。内圆弧形电视机的显示屏采用内圆弧形等离子屏或高分子液晶显示屏49，内圆弧形等离子屏或高分子液晶显示屏49上采用精密技术贴一张偏振光膜或光栅片50。彩色电视机5上部安装一台数码立体镜式照相机7(曾获国家专利)，在壳内设置有至少两个功能完全一致的数码相机，还设置有液晶立体相对显示屏，在壳体上方还设置有同时连接数码相机快门的同步快门。本数码相机结构简单，使用方便、立体眼镜可自由折卸，可在拍摄的过程直接观看到景物的立体成像效果图等优点，适用各类立体成像影楼及工作者配用。数码立体镜式照相机7可随机或取下方便拍摄，数码立体镜式照相机7采用高分辨率CCD芯片获取图像进行无损压缩，无损压缩法是CCD芯片核心算法。

工作台1上还设有操控微机2的键盘3和电视遥控器8，微机2上设有各种插口和光盘仓4。

反射波带片数码图像微机处理系统的工作原理为：

第一平板电脑16控制暗箱内灯光，控制第一程控电机15有序地将每一张反射波带片通过感光拍摄窗口，上下两台数码相机在第一平板电脑16控制下，采用单片静拍同步法，将反射波带片正反两面波动图样中每个像素点的相位摄影记录，所拍摄数码图像在第一平板电脑16上显示，同时数码图像导入微机2识别匹配全数字编码，记录和再现反射波带片大量信息影视，供人们在高分辨率内圆弧形彩色电视机5的显示屏上，裸眼观看空间三维立体图像。微机2进一步与有线数字电视网络连通，将反射波带片记录和再现大量信息影视送到千家万户，供人们裸眼观看三维立体影视。

微机2还可将反射波带片记录和再现的大量信息影视，输入高分辨率CCD芯片，获取图像进行无损压缩，或刻制成光盘供人方便使用。

所述激光全息反射波带片波动图样获取系统，包括激光全息电影拍摄装置、第二平板电脑36和微机2；激光全息电影拍摄装置包括悬挂式万向轮17、激光器18、激光、回转棱镜盒21、红黄蓝三色圆盘20、第二程控电机19、瞳距针孔板27、电影摄影机30、高分辨率乳胶软片盒31和放置已拍摄完成的反射波带片的第三反射波带片盒32。

所述的激光全息电影拍摄装置(曾获国家专利)，悬挂在摄影平台中间，微机2安装在摄影平台附近，控制激光器18的激光发射速度、第二程控电机19的转速、电影摄影机30的快门和摄影平台的舞美灯光。本装置根据光学反射折射定律，依据人双眼生理视差原理设计完成。

当电影摄影机30的物镜33和摄像头34对准人物和景物拍摄时，激光器18发射出来的激光经人字形平面镜22两侧，分成两束激光平面光波，左侧激光平面光波经回转棱镜盒21的左部顶端平面镜23、左部下端平面镜25折射到瞳距针孔板27上，该激光平面光波经瞳距针孔板27上的两个针孔28和29后，成为两束球形光波，两球形光波照射于景物上，经电影摄影机30前端物镜33折射后，在电影摄影机30后端暗盒电影软片一侧成像。与此同时，经人字形平面镜22折射后的右侧激光平面光波经回转棱镜盒21右部顶端平面镜24、右部下端平面镜26折射到电影摄影机30后端的暗盒中电影软片另一侧。通过平面波和球面波在电影软片上相干涉的摄影记录法完成激光全息电影片的拍摄，得到反射波带片。拍摄时，通过微机2控制激光发射的频率，实现与电影摄影机30的快门同步进行拍摄。

第一平板电脑36与电影摄影机30物镜上方的摄像头34相连，在激光全息电影的拍摄中，摄影师通过第二平板电脑36实时地观察拍摄景物的效果，与电影摄影机30连接的回转棱镜盒21和激光器18的整体以万向轮为支点可以进行360度旋转和上下移动，摄影师控制电影摄影机30，对准摄影平台上的人物和景物，实现各个方向的拍摄。

本发明通过激光相干涉平面波和球面波从两个方向照射高分辨率软片，即可得到反射波带片。此过程类似于全息照片的拍摄过程。反射波带片可在白色光中观察全息摄影影像，因此，它又为通过该波带片实现影像还原提供了便利条件。

远古的立体照相术，依据立体相对、立体镜和分眼观察，重现立体影像，而激光全息照片立体图样，它不需要立体相对，一概给出物体完全相同的三维立体图像，这就是激光全息照相术与立体照相术的一个主要区别；另一个区别是，人观看普通照片时，照片上的景物清晰可见，而激光全息照片记录的结果会出现波带结构，是一张均质的灰色薄片，除用一定波长的光照射观察景物，否则就显现不出所记录的性质和特征。唯有反射波带片能在白色光下，给出物体完全相同的三维图像，这就是反射波带片在激光全息电视中应用的有利条件。

激光全息照片是一种波动图样；激光全息电视是一种反射波带片记录和再现大量信息的影视，是由微机2来实现反射波带片全数字编码图样处理的自动化过程。

本发明所述的暗箱中反射波带片单片同步静拍法、回转棱镜盒21、电影摄影机30胶片进片系统，均要求具有精密的稳定性，由于胶片记录的是全息波动条纹，摄影与拍摄中极小都会产生、引起波动条纹的模糊，甚至使干涉条纹无法记录，比如拍摄过程中回转棱镜和底片位移一个微米，则波动条纹就分辨不清，为此，要求全息照片(胶片)全都必须精密防抖、防震处理，回转棱镜盒21中所有棱镜、光学器件的链接处都用磁性材料固定，牢固地吸在钢暗合上。另外，摄影场地气流通过光路，声波干扰及温度变化都会引起周围空气密度的变化，因此摄影时禁止大声喧哗，保证整个摄影场地绝对安静。

激光全息电视是一种波动图样，其性质能记录和再现大量信息。一种系统原则上可以由它边缘上一些自由度完全描述，是联系量子元和量子位的结合。其数字证明：时空有多少维，就有多少量子位，它们一起组合成类矩阵的时空有恒集，激光全息照片它的边缘任意一块，均能还原一幅完整的全息图。

当代，我们已经迈进了“工业4.0”，即以智能电视机制造为主导的第四次工业革命新时代，开发激光全息电影和激光全息电视，已具备高质量信息工业的支撑。

激光全息电视工作原理，同样适用现有数字立体电影和现有胶片式立体电影，在激光全息电视领域应用；对现有数字立体电影，可通过本系统中的微机2进行处理，并经过有线数字网络电视送到千家万户；同理，现有胶片式立体相对电影，可用本系统暗箱中高分辨率数码相机，对胶片立体相对分别拍摄记录，数码影像导入微机2处理，立体相对图像无缝连接，显示在内圆弧形彩色电视机5上，供人裸眼观看空间3D影视。