基于數(shù)字微鏡器件的全息編碼與顯示.pdf

1、全息顯示能夠再現(xiàn)物波振幅與相位的全部信息,提供人類視覺系統(tǒng)所需的所有的心理與生理暗示,特別是深度暗示、視差等,因而能夠再現(xiàn)出唯妙唯肖的三維場(chǎng)景,這是其他任何一種顯示方法難以做到的。傳統(tǒng)的光全息通過物光波與參考光波的干涉把物波信息記錄在膠片上,然后用再現(xiàn)光對(duì)其照射從而再現(xiàn)出原物體。隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)的飛速發(fā)展,一門新的學(xué)科---計(jì)算全息應(yīng)運(yùn)而生。計(jì)算全息圖的制作在計(jì)算機(jī)內(nèi)完成,克服了光全息不能實(shí)時(shí)顯示、不能顯示現(xiàn)實(shí)世界中不存在的物體以及全息圖

2、制作需要極其嚴(yán)格的限制條件等缺點(diǎn)。因此計(jì)算全息顯示被認(rèn)為是未來真三維顯示的主流。目前的計(jì)算全息顯示遠(yuǎn)不能滿足人的視覺需求,雖然其誕生已近半個(gè)世紀(jì)但仍處于幼年時(shí)期,主要是因?yàn)橛?jì)算復(fù)雜及尚無(wú)理想的顯示器件所致,因此探究合適的編碼方法、研究現(xiàn)有顯示器件的全息顯示原理顯得尤為重要。
　　本論文采用德州儀器生產(chǎn)的數(shù)字微鏡器件(DMD)空間光調(diào)制器(SLM)對(duì)計(jì)算產(chǎn)生全息圖的顯示進(jìn)行了初步的研究,內(nèi)容包括計(jì)算全息圖的編碼方法及數(shù)字微鏡器件的全

3、息顯示原理。論文的主要工作及貢獻(xiàn)如下:
　　通過分析羅曼編碼方法,提出一種純相位型的羅曼編碼方法,理論和實(shí)驗(yàn)都證明該方法提高了全息圖的衍射效率。
　　通過對(duì)已有算法的分析提出了一種純相位的余弦二值編碼,由該方法編碼的全息圖與原物波函數(shù)的抽樣數(shù)有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系,能夠充分利用數(shù)字微鏡器件的空間帶寬積,而且消除了零級(jí)衍射。
　　通過求解分?jǐn)?shù)傅里葉變換公式的點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)與菲涅耳衍射公式的點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù),從理論上證明了二者在菲涅耳域中

4、的等價(jià)性。采用人眼的分辨率尺寸與數(shù)字微鏡器件的像素尺寸大小分別對(duì)物波函數(shù)與全息圖進(jìn)行抽樣并用分塊算法進(jìn)行編碼,達(dá)到了降低計(jì)算復(fù)雜度的效果,對(duì)菲涅耳全息圖再現(xiàn)過程中出現(xiàn)的成像問題進(jìn)行了理論分析。
　　在顯示器件方面,論文選用德州儀器發(fā)明的反射式數(shù)字微鏡器件作為全息顯示器件,它被認(rèn)為是目前最為先進(jìn)的空間光調(diào)制器。本論文從數(shù)字微鏡器件的微結(jié)構(gòu)著手,結(jié)合已有的調(diào)制理論及衍射理論對(duì)數(shù)字微鏡器件如何實(shí)現(xiàn)全息顯示的機(jī)理進(jìn)行了較為詳細(xì)的論述,并根