CN103336420B - 一种全息影像显示方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种全息影像显示方法及装置，所述方法包括：一种全息影像显示方法，所述方法包括：微镜阵列获取参考对象在T1时间范围内的全息信息，所述全息信息包括振幅信息和相位信息，其中所述T1大于0；运算处理器处理所述全息信息，获得全息图序列，并将所述全息图序列输出至一个空间光调制器；所述空间光调制器接收光滤波器产生的复现光，对所述全息图序列进行处理，获得全息影像；接收屏接收并显示所述全息影像。解决了现有技术方案中存在的由于分解失真而导致的全息效果较差的技术问题，另外，也可以解决技术成本较高的问题。

Description

一种全息影像显示方法及装置

技术领域

本发明涉及全息显示技术领域，特别涉及一种全息影像显示方法及装置。

背景技术

目前，随着全息技术的发展，用户在观看3D影像时，已经不仅限于观看3D实景影像图，还可以观看到虚拟的3D影像图，虚拟的3D影像图立体感强，具有真实的视觉效应，是全息技术的技术结晶。现有的全息技术，主要应用于3D图片、商品标签等静止的画面，而目前流行的全息显示其实是通过投影与实际景物融合后产生的幻影，并不是真正的全息。这里的‘投影与实景融合’指的是将图像投影在透明屏幕上，透明屏幕上的图像与屏幕后或前方的实景前后融合产生幻影。

当然，由于上面的全息技术使用了‘投影与实景融合’这样的技术，有可能投影的影像和实际影像不完全重叠，有重影，因此产生的3D影像效果较差，导致观众在观看时，看到较为模糊的3D影像。而为了提高3D影像的显示效果，在现有技术中，则出现了下面的全息显示的方案，以实现物体的全息显示。

该方案的具体实施过程如下：

首先，将物体的彩色信息分解为R、G、B三基色信息，每种基色信息都具有分量振幅信息以及深度信息。

其次，根据每种基色信息的深度信息和分量振幅信息，合成多阶位相型相息图。

再次，将合成的相息图构成图像序列送到SLM(空间光调制器)，并采用相应颜色的相干光照射相息图，再现出原彩色3D物体的R、G、B分量。

最后，经过融合后再现物体的全息效果。

在上面的方案中，虽然能够实现物体的全息效果的再现，但是，在将物体的彩色信息分解为R、G、B三基色颜色信息时，实际上不可能彻底分解，必然存在一定的分解损失。由于存在这样的分解损失，因此，上述技术方案实现的全息效果并不能够令人满意。另外，在将合成的相息图构成图像序列送到SLM以及采用相应颜色的相干光照射相息图的过程中，由于相息图是由三基色各自的参数合成的，因此在实施上述步骤时，必须要使用三个相同的SLM进行调制，并且必须要使用三个基色激光器发出对应的相干光照射相息图，这样的话，会使该技术方案的技术成本增加。

发明内容

本发明提供一种全息影像显示方法及装置，用以解决现有技术方案中存在的由于分解失真而导致的全息效果较差的技术问题，另外，也可以解决技术成本较高的问题。

一方面，本发明通过本申请的一个实施例，提供如下技术方案：

一种全息影像显示方法，所述方法包括：微镜阵列获取参考对象在T1时间范围内的全息信息，所述全息信息包括振幅信息和相位信息，其中所述T1大于0；运算处理器处理所述全息信息，获得全息图序列，并将所述全息图序列输出至一个空间光调制器；所述空间光调制器接收光滤波器产生的复现光，对所述全息图序列进行处理，获得全息影像；接收屏接收并显示所述全息影像。

另一方面，本发明通过本申请的另一个实施例提供：

一种全息影像显示装置，所述装置包括微镜阵列，运算处理器，光滤波器，一个空间光调制器和接收屏，其中，所述微镜阵列，用于获取参考对象在T1时间范围内的全息信息，并将所述全息信息传送给运算处理器处理，所述全息信息包括振幅信息和相位信息；所述光滤波器，用于产生复现光，并输出所述复现光照射至所述空间光调制器；所述运算处理器，与所述微镜阵列，所述光滤波器和所述空间光调制器连接，用于根据所述全息信息生成全息图序列，并输出所述全息图序列至所述空间光调制器；所述空间光调制器，用于接收所述复现光对所述全息图序列进行处理，获得全息影像，并传送所述全息影像至所述接收屏。

上述技术方案中的一个或多个技术方案，具有如下技术效果或优点：

在本申请的一个或者多个技术方案中，首先，通过微镜阵列获取参考对象的全息信息，这里的全息信息是微镜阵列直接获取的参考对象的全息信息，而不用将物体的彩色信息进行分解，因此不会具有失真的风险。然后，通过运算处理器处理全息信息，获得全息图序列。此处的全息图序列，是按照时间顺序进行排列的，因此，在通过运算处理器将全息图序列输出的时候，只需要一个空间光调制器即可。另外，本申请实施例的光滤波器并不使用激光，而是使用复现光，并根据传送的全息图序列能够产生不同的复现光，以对全息图序列进行照射。综上，本申请实施例和现有技术采用的方案不一样，本申请直接获取了参考对象的全息信息，不用分解，避免了分解失真的风险，并且，本申请仅使用了一个空间光调制器，大大节约了技术成本。

附图说明

图1为本申请实施例中全息影像显示方法的具体实施过程图；

图2为本申请实施例中微镜阵列的具体示意图；

图3为本申请实施例中微镜阵列在采集参考对象的全息信息时，在两个不同时刻形成的两个不同的波阵面的示意图；

图4为本申请实施例中参考对象通过不同的微镜产生的场点的示意图；

图5为本申请实施例中全息图具体的传送方式的示意图；

图6为本申请实施例中光滤波器的具体结构示意图；

图7为本申请实施例中空间光调制器接收复现光对全息图进行调制的具体实施过程图。

具体实施方式

为了解决现有技术中存在的技术过程复杂，使用的器件较多，导致成本较高，并且具有一定程度的失真的技术问题，本发明实施例提出了一种全息影像显示方法及装置，其解决方案总体思路如下：

本发明提供一种全息影像显示方法及装置，在方法实施过程中，首先，通过微镜阵列获取参考对象在T1时间范围内的全息信息，全息信息包括振幅信息和相位信息，其中T1大于0；然后，运算处理器处理全息信息，获得全息图序列，并将全息图序列输出至一个空间光调制器；其次，空间光调制器接收光滤波器产生的复现光，对全息图序列进行处理，获得全息影像；最后，接收屏接收并显示全息影像。

下面通过附图以及具体实施例对本发明技术方案做详细的说明，应当理解本发明实施例和实施例中的具体特征是对本发明技术方案的详细的说明，而不是对本发明技术方案的限定，在不冲突的情况下，本发明实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

实施例一：

在本申请实施例中，采用了一种全息影像显示方法，和现有技术的全息再现技术相比，实施的方案较为简单，并且使用器件较少，相对现有技术耗费的成本来说，本方案耗费的成本较低。

在此，本申请简略介绍全息技术的实现原理。

其第一步是利用干涉原理记录物体光波信息，此即拍摄过程：被摄物体在激光辐照下形成漫射式的物光束；另一部分激光作为参考光束射到全息底片上，和物光束叠加产生干涉，把物体光波上各点的位相和振幅转换成在空间上变化的强度，从而利用干涉条纹间的反差和间隔将物体光波的全部信息记录下来。记录着干涉条纹的底片经过显影、定影等处理程序后，便成为一张全息图，或称全息照片；其第二步是利用衍射原理再现物体光波信息，这是成像过程：全息图犹如一个复杂的全息光栅，在相干激光照射下，一张线性记录的正弦全息光栅图，全息图的衍射光波一般可给出两个像，即原始像(又称初始像)和共轭像。再现的图像立体感强，具有真实的视觉效应。全息图的每一部分都记录了物体上各点的光信息，故原则上它的每一部分都能再现原物的整个图像，通过多次曝光还可以在同一张底片上记录多个不同的图像，而且能互不干扰地分别显示出来。

进一步的，本申请实施例描述的全息影像显示方法的具体实施过程则如图1所示。

S101，微镜阵列获取参考对象在T1时间范围内的全息信息。

其中，全息信息包括振幅信息和相位信息，其中T1大于0。

S102，运算处理器处理全息信息，获得全息图序列，并将全息图序列输出至一个空间光调制器。

S103，空间光调制器接收光滤波器产生的复现光，对全息图序列进行处理，获得全息影像。

S104，接收屏接收并显示全息影像。

具体的，本申请实施例中的S101中提到的微镜，具体是由一组光学透镜采集光波信息后再转换成电信号的组件。此时的微镜并不单单代表光学透镜。当微镜采集到光波信息之后，由于运算处理器不支持光波处理，因此，微镜会将光波信息转换为运算处理器能够处理的电信号。此时的电信号能够完全反映出光波信息，可以将电信号理解为另一种形式的光波信息。而微镜阵列则是多个微镜的阵列组合，采集的光波信息比单个的微镜要复杂很多。

微镜阵列的具体示意图请参看图2，微镜阵列是由多个微镜排列组合而成的，当要采集参考对象的全息信息时，每一个微镜采集到的全息信息可以不一样。在微镜阵列的前方，是正方体形态的参考对象。当参考对象处于光亮的空间中时，其表面会散射光线，这些光线可以反映出参考对象的大小、形状、亮暗等等信息。因此，微镜阵列则会采集到这些用来反映参考对象的光线(即光波信息)，并且将其转换为电信号传送给运算处理器进行处理。

当然，微镜阵列的示意图不止图2中描述的结构，即微镜阵列处于参考对象的前方。微镜阵列还可以为环绕参考对象放置，在实际情况中，微镜阵列的放置形态本申请不做限制。

具体的，在采集参考对象的全息信息时，会从多方位、多角度进行采集，加上参考对象周围景物的反射光对其光线的影响，可以收集到参考对象的全部信息。具体的，周围景物的反射光对物体的影响同样会体现在振幅信息和相位信息上。如静物素描中的背景，背景具有光线强弱的差异，那么反应在静物上也会具有光线强弱的差异，而这种差异则体现在静物的振幅信息和相位信息上。

因此，微镜阵列在采集参考对象的全息信息时，可以采集到参考对象的全部信息。

而全息信息，具体指的是物体的振幅信息和相位信息，在光学方面包括可见光的全部信息。RGB只是可见光中的基色成分，因此，全息信息可以完全包括RGB。

进一步的，在微镜阵列采集全息信息时，是在一定的时间范围内进行采集的，例如T1时间范围内采集，此时的T1具体的数值是由实际情况确定的。

另外，微镜阵列采集全息信息时，实际上采用的是参考对象的物光波，并且在在采集时是T1时间范围内，是按照时间的先后顺序进行采集的，具体如下：

通过微镜阵列采集参考对象在T1时间范围内的第i时刻的物光波，其中，0＜i≤T1且i为整数。

例如，当i＝1，2，3，…..T1，则表示微镜阵列从第1时刻，第2时刻，第3时刻这样的顺序持续采集参考对象的物光波。因为在不同的时间，由于参考对象周围景物的反射光对其光线的影响，在一段时间内的多个时刻持续采集参考对象的物光波，能够全面反映出参考对象的实际情况。

其中，物光波可以由以下表达式表征：

O(x₁，y₁)＝|O(x₁，y₁)|exp[-jφ₀(x₁，y₁)].................公式(1)

其中，x₁与y₁分别表示参考对象在T1时间范围内的第i时刻，经过微镜阵列的滤光之后，在第i个波阵面上的横坐标与纵坐标，O(x₁，y₁)表示参考对象在第i时刻对应的物光波，|O(x₁，y₁)|表示参考对象的振幅信息，φ₀(x₁，y₁)表示参考对象的相位信息。

基于物光波，获得参考对象在T1时间范围内第i时刻的全息信息。

对于公式1来说，表征的其实是不同时刻参考对象的物光波。

若以i＝1举例，则上面的x₁与y₁表示参考对象在第1时刻经过微镜阵列的滤光之后，在第1个波阵面上的横坐标与纵坐标；那么O(x₁，y₁)表示参考对象在第1时刻对应的物光波，|O(x₁，y₁)|表示参考对象的振幅信息，φ₀(x₁，y₁)表示参考对象的相位信息。

在获得了每一个时刻的物光波之后，则可以获知每一个时刻参考对象的全息信息(即振幅信息和相位信息)。

其次介绍波阵面。

波阵面(Wavefront)，简称“波面”，有时又称为等相面。其定义为：波源发出的振动在介质中传播经相同时间所到达的各点组成的面。具体的，光波在传输过程中，在时间线上的每一时刻都存在一个垂直于时间轴的波动平面，叫做波阵面。而构成波阵面的点称为场点。

如图3所示，是微镜阵列在采集参考对象的全息信息时，在两个不同时刻形成的两个不同的波阵面的示意图。

其中，这两个波阵面在时间线上相互平行。时间线即是由不同的时刻组成的一个时间范围，例如，5秒可以看做是一条时间线，第1秒-第5秒这5秒各自代表了不同的时刻，而每一时刻会对应一个波阵面。参考对象在t1时刻通过微镜阵列的作用形成了波阵面u1，在t2时刻通过微镜阵列的作用形成了波阵面u2。在波阵面u1上，具有场点p1(波阵面u1上的一个点)，在波阵面u2上，具有场点p2(波阵面u2上的一个点)，p1和p2是同一个微镜采集到的，同一参考对象在不同的两个时刻形成的场点。

从原理上讲，波阵面上的任何一个场点都记录着参考对象及周围景物的各点的光波信息，只是因为相对位置不同及时间上的差异而产生的光强也不同。可以这样理解，光波在非真空介质中传播时受介质的影响会改变波的传播速度(降低传播速度)，使得波在行进过程中介质中某一位置的质点会随着波的振动产生位移，各质点在波行进的不同时刻产生的位移不同，从而形成另一种波动，在时间空间上导致波阵面上的光强分布也不相同。因此，波阵面上的场点可以真实的反应出参考对象的光强分布。这里的光强分布可以由RGB三基色体现，不同的波阵面可以反映出参考对象在不同时刻的光强分布。

更为具体的，在微镜阵列采集参考对象的物光波时，由于微镜阵列中每个微镜包含三个子微镜，并且三个子微镜分别与三基色对应。因此，通过微镜阵列采集参考对象在T1时间范围内的第i时刻的物光波时，会按照三基色将参考对象的物光波划分为三种物光波，具体的实施方式如下：

通过三个子微镜对参考对象进行滤光，采集在T1时间范围内的第i时刻的红光对应的红物光波O_红(x₁，y₁)，绿光对应的绿物光波O_绿(x₁，y₁)，以及蓝光对应的蓝物光波O_蓝(x₁，y₁)。

当采集到三基色对应的物光波之后，则会基于红物光波O_红(x₁，y₁)，绿物光波O_绿(x₁，y₁)，以及蓝物光波O_蓝(x₁，y₁)，分别获得在T1时间范围内的红光对应的第一全息信息，绿光对应的第二全息信息，以及蓝光对应的第三全息信息。

在上面的描述中，物光波首先是按照时间进行采集，而在采集时，由于每一个微镜都具有三个子微镜，因此，会获得不同的基色对应的物光波。如此，在同一时刻，则会采集到三列不同基色对应的物光波，并由此获得每一基色对应的全息信息。

此处的采集，由于采集的是参考对象的实际的物光波，并由物光波获知全息信息，避免了现有技术的分解步骤，不会产生分解损失和失真。

另外，参考对象在每一个时刻的物光波，实质上是参考对象的所有的质点组合而成的。参考对象实质上是通过多个质点组成的，例如图2中的正方体型参考对象，正方体的表面是通过多个质点相互排列组合形成的，假设参考对象的表面由M个质点构成，当微镜阵列采集这M个质点的全息信息时，每一个微镜都会采集到这M个质点的全息信息，而每一个质点都会被微镜阵列分解为三基色各自对应的全息信息。

进一步的，微镜阵列在同一时刻采集到的M个质点的全息信息，会反应在同一个波阵面上。而同一个质点的全息信息，其实是包含了三个子全息信息，即红光对应的全息信息，绿光对应的全息信息，和蓝光对应的全息信息。

在同一时刻，1个质点在N个微镜中(假设微镜阵列由N个微镜构成)形成的波阵面，应该由N个场点构成。相反，M个质点在一个微镜中形成的波阵面，应该由M个场点构成。但是，由于每一个微镜离参考对象的相对距离不同，因此，参考对象在N个微镜中形成的每一个波阵面上，可以具有M*N个场点，也有可能有小于M*N个场点的情况出现，在本申请实施例中，为了便于理解，默认为每一个微镜与参考对象的相对距离是一样的，并忽略其他的影响因素，那么形成的波阵面应当具有M*N个场点。

进一步的，这M*N个场点代表了参考对象在每一个波阵面上的全息信息，可以反映出参考对象的在这一时刻的全部信息。

具体的，微镜阵列获取的全息信息其实包含了两部分：振幅信息和相位信息。

首先，振幅信息是由光波的振幅决定的，也就是光的强度。相位信息是由光波的相位决定的，代表某一时刻参考对象的位置状态。

若举例来表征振幅信息和相位信息的相互关系时，可以使用下面的表达式表征：

U(P，t)＝A(P)cos[ωt1-φ(P)]………………….公式(2)

其中，P表示参考对象，t₁表示时间范围，U(P，t)代表参考对象在t₁时间范围内形成的波形，A(P)表示参考对象的振幅信息，φ(P)表示参考对象的位相信息，ωt₁表示与时间t₁有关的位相因子。

在公式(2)中，是参考对象的振幅信息和相位信息，若具体到某一个质点，也可以使用公式(2)来说明。例如平面波上的‘某一点’的连续函数。具体是平面波上的哪一点，就由φ(P)来决定，而时间是由ωt决定的，这一表达式既包含时间也包含相位和振幅信息。

在同一波阵面的场点的振幅信息和相位信息的关系也和上述表达式类似。

通过上面的描述可知，波阵面的具体作用，其实就是反映了参考对象通过微镜阵列获得的光波信息，而每一个波阵面上都能够反映出参考物体在特定时刻的光强分布。

下面具体介绍相位信息。

请参看图4，描述了参考对象通过不同的微镜产生的场点的示意图。

假设图4中的原点即为参考对象，另外，使用了两个微镜采集参考对象的全息信息。那么形成的波阵面应该由两个场点构成，分别为b1和b2。

若用三维坐标来表示，那么时间轴与波阵面垂直，坐标原点是物体发光点(假设将其当做是参考对象的第一质点)。则可以看到在时间轴上的同一个波阵面，具有两个不同的场点。

当这两个场点分别为b1和b2时，可以获得其对应的相位表达式。

场点b1的相位表达式为：φ(b₁)＝＝k_xx₁+k_yy₁+k_zz₁+φ₀

其中，ф(b)代表平面波波函数中的相位函数，它是空间直角坐标的线性函数，这是平面波的特性之一，线性函数即函数图像为直线的函数。式中Kx、Ky、Kz为常数，并且λ为光波的波长，K为场点与第一质点的相对距离，该公式描述的是空间中光波的相位。

由此可知，场点b2的相位表达式为：φ(b₂)＝＝k_xx₂-k_yy₂+k_zz₂+φ₀

由于场点b2在y轴的负半轴，因此，k_yy₂为负数，表示方向相反。

若以M个质点和N个微镜来说，则在波阵面上形成的场点具有M*N个。

总体来说，本发明实施例通过微镜阵列可以直接获取参考对象的振幅信息和相位信息，然后获取参考对象的每一基色的振幅信息和相位信息。这样做的好处是，避免在转换为RGB三基色时信息失真。

在上面的描述中，已经获得了参考对象的全息信息，因此，则可以执行S102。

S102，通过运算处理器处理全息信息，获得全息图序列，并将全息图序列输出至一个空间光调制器。

具体的，在处理全息信息时，会引入干涉光波。

在执行S102之前，还会在T1时间范围内，模拟出参考对象在T1时间范围内第i时刻的干涉光波。

干涉光波由以下表达式表征：

R(x₂，y₂)＝|R(x₂，y₂)|exp[-jΨ₀(x₂，y₂)]...........................公式(3)

其中，x₂与y₂分别表示干涉对象在T1时间范围内第i时刻对应的波阵面上的横坐标与纵坐标，R(x₂，y₂)表示干涉对象对应的干涉光波，|R(x₂，y₂)|代表干涉对象对应的干涉光波的振幅信息，φ₀(x₂，y₂)代表干涉对象对应的干涉光波的相位信息；

其中，干涉光波包括：红光对应的红干涉光波R_红(x₂，y₂)，绿光对应的绿干涉光波R_绿(x₂，y₂)，以及蓝光对应的蓝干涉光波R_蓝(x₂，y₂)。

此处的实施过程和上面的物光波的实施过程类似，此处不再赘述。

当获得了干涉光波和物光波之后，则会使两列波进行叠加产生干涉，将物光波上各点的位相和振幅转换成在空间上变化的强度，从而利用干涉条纹间的反差和间隔将物体光波的全部信息记录下来。记录着干涉条纹的底片经过显影、定影等处理程序后，便成为一张全息图。

具体的，由于每一基色都对应各自的物光波，因此，在干涉的过程中，实际上是在T1时间范围内的第i时刻，通过红干涉光波R_红(x₂，y₂)与红物光波O_红(x₁，y₁)的干涉，获得红光对应的R_i全息图；同时通过绿干涉光波R_绿(x₂，y₂)与绿物光波O_绿(x₁，y₁)的干涉，获得绿光对应的G_i全息图；同时通过蓝干涉光波R_蓝(x₂，y₂)与蓝物光波O_蓝(x₁，y₁)的干涉，获得蓝光对应的B_i全息图。

当各自的物光波和干涉光波叠加干涉之后，则会获得三基色对应的全息图。

具体的，在叠加干涉的过程中，若以O_蓝(x₁，y₁)和R_蓝(x₂，y₂)进行举例。

首先，O_蓝(x₁，y₁)＝|O_蓝(x₁，y₁)|exp[-jφ₀(x₁，y₁)]；

R_蓝(x₂，y₂)＝|R_蓝(x₂，y₂)|exp[-jΨ₀(x₂，y₂)]。

两者叠加干涉之后，获得的光强分布为：

I_蓝(x，y)＝|R_蓝(x₂，y₂)+O_蓝(x₁，y₁)|²＝|R|²+|O|²+2|R||O|cos[Ψ₀(x₂，y₂)-φ₀(x₁，y₁)]

其中，I_蓝(x，y)表征了物光波和干涉光波的强度分布，‘2|R||O|cos[Ψ₀(x₂，y₂)-φ₀(x₁，y₁)]’包含了物光波的振幅和相位信息，是产生的‘干涉’项。干涉光波的作用具体是将物光波的相位分布转换成光波干涉后的光强分布。

三基色中的红光和绿光的两列波在进行干涉时，具体的实施过程和上面类似，在此不再赘述。

当进行叠加干涉之后，则会获得该时刻的全息图，也就是参考对象按照RGB三基色进行分布的光强分布图。而当i在T1的时间范围内取值不同时，则会获得在T1时间范围内，参考对象所有的光强分布。

若在T1时间范围内，将获得的R_i全息图、G_i全息图、B_i全息图按照i＝1，2，….T1这样的时间顺序进行排列，则会获得全息图序列。

全息图序列具体为：R₁G₁B₁R₂G₂B₂…R_T1G_T1B_T1。

另外，可以将该全息图序列按一定的时间顺序，例如30帧/min的速率放入放在存储单元中，再依次读出送到空间光调制器。

当然，还可以将生成的全息图按照一定的速率放入存储单元中，成为全息图序列，然后再依次读出送到空间光调制器。

当获得了全息图序列之后，则会执行S103：空间光调制器接收光滤波器产生的复现光，对全息图序列进行处理，获得全息影像。

请参考图5。在传送至空间光调制器时，是按照顺序进行传送的，例如在第1时刻，传送的是R₁G₁B₁全息图，在第2时刻，传送的是R₂G₂B₂全息图，以此类推，将传送出所有波阵面上的RGB三基色信息。

此时，光滤波器在运算处理器的控制下，对应于全息图序列的R_i全息图、G_i全息图、B_i全息图出现的次序，产生对应的红复现光，绿复现光和蓝复现光。

然后，空间光调制器接收红复现光，绿复现光和蓝复现光，与全息图序列产生衍射，获得全息影像。

下面请参看图6，为光滤波器的具体结构示意图。

其中，光滤波器包含了光光滤波器、旋转轴、聚焦透镜等等部分。

首先，光滤波器是由一受控旋转的‘滤波片’组成的，在运算处理器的控制下，在规定的时间内旋转一定的角度。再经聚焦、集光、匀光透镜的后产生一束均匀的平行光，照射到全息图上。

各部件的作用如下：

光源601：提供产生复现光的光源。

光滤波器602：是由RGB三色滤光片组成的，在光源601位置不变的情况下，通过旋转轴603将通过的白光光源在与全息图显示的对应时刻，滤出RGB三色复现光作为参考光照射全息图。

由于本案的帧率为30，因此光滤波器602要在(1/90)s内旋转120度。当然，这里给出的数值仅作举例，不做限制。

第一个透镜是聚焦透镜604，将发散的光聚焦成一近似点光源。

第二个透镜是集光镜605，将聚焦成的点光源再次聚集避免产生光的损失。

第三个透镜为匀光透镜606，起到匀光的作用，将集中起来的光均匀成平行光。此处的平行光可以为红复现光，也可以为其他颜色的复现光，出现的复现光的颜色以全息图序列显示顺序为基准，例如全息图序列出现的顺序为：R₁G₁B₁R₂G₂B₂…R_T1G_T1B_T1，那么复现光出现的顺序也应当为R₁G₁B₁R₂G₂B₂…R_T1G_T1B_T1，出现的时机和顺序都和全息图序列的顺序一致。

下面，则会对全息图序列进行处理，获得全息影像。

具体的处理过程如下：

首先，通过空间光调制器接收复现光，复现光具体为对应于全息图序列依次循环出现的红复现光、绿复现光、蓝复现光；

其次，根据全息图序列出现的顺序，选择使用红复现光，或绿复现光，或蓝复现光与全息图序列产生衍射，获得对应的全息影像。

具体的，空间光调制器其实存在于显示器内部，显示器包括了空间光调制器和接收屏两部分，当空间光调制器在获得全息图之后，将其照射到接收屏上，并使用复现光对其进行衍射，获得全息影像，此时的接收屏则可以显示全息影像。在此实施过程中，接收屏相当于接收并显示了全息影像，只是在成像的过程中是在接收屏上实施的。另外，空间光调制器也可以将全息影像调制好在照射到接收屏上，此时的接收屏则可以直接接收全息影像。

综上，本申请的方法实施过程可以通过图7进行概括描述。

在图7中，首先，具有一3D彩色物体(即参考对象)，首先通过微镜阵列701采集其全息信息。

在微镜阵列701采集全息信息的过程中，其实是基于三基色，采集了物体在不同时刻的全息信息，例如，R1G1B1是参考对象第1时刻的全息信息。R2G2B2是第2时刻参考对象全息信息，以此类推。

若物体的表面由M个质点构成，而微镜阵列701具有N个微镜，那么每一个波阵面上则具有M*N个场点，并且每一个场点都具有各自的RGB三基色。将第1时刻获得的波阵面上的所以场点当做一个整体，则获得了参考对象在第1时刻的全息信息。此处的全息信息是以物光波来表征的。并根据三基色可以划分为三基色各自对应的物光波。

当采集到物体的全息信息时，由于此刻的全息信息是用光波信息的方式表达的，微镜阵列701会将其传送给运算处理器702处理。

当运算处理器702处理时，会分别处理三基色对应的全息信息。即将物光波和对应的干涉光波进行叠加干涉，获得第1时刻全息图。

当按照上述方式调制其他时刻的全息信息之后，可以获得所有的全息图，将这些全息图按照时间顺序排序，获得全息图序列。然后将其送入空间光调制器703，然后光滤波器704在运算处理器702的控制下，基于光源601产生复现光照射全息图。例如，在图9中，则是以R₁G₁B₁R₂G₂B₂…R_T1G_T1B_T1这样的顺序传送给空间光调制器703(SLM)的。

对于空间光调制器703来说，则会接收全息图序列和复现光，并使用复现光衍射全息图序列为全息影像，并传送给接收屏705显示。具体的，此时传送的全息图，是按照RGB这样的顺序进行传送的，因此，复现光也会按照这样的顺序依次给出RGB三基色光进行照射。进一步的，在传送时，将空间光调制器703再现的全息图像投射在接收屏705上显示全息图像，如果每秒钟显示的全息图达到30Fps的话，就可看到一个动态的全息影像。意思就是，在1秒中之内，将30幅全息影像连续传送给接收屏705，以人眼来观看的话，就能够看到动态的全息影像。

另外，由于全息图序列是按照RGB这样的顺序处理的，当然，还可以按照例如GBR这样的顺序处理，此处的处理顺序本申请不做限制。

另外，本发明只是用了一个空间光调制器便可以对全息图进行处理，可以大大节约器件的成本。

在上面的实施过程中，已经具体介绍了全息影像显示方法的实施过程，基于同一发明构思，在下面的实施例中，介绍其对应的装置。

实施例二：

在本申请实施例中，介绍了一种全息影像显示装置。

其中，装置包括微镜阵列701，运算处理器702，和运算处理器702连接的光滤波器704，一个空间光调制器703，接收屏705，其中，

微镜阵列701，用于获取参考对象在T1时间范围内的全息信息，并将全息信息传送给运算处理器702处理。

全息信息包括振幅信息和相位信息。

光滤波器704，用于产生复现光，并输出复现光照射至空间光调制器703。

运算处理器702，与微镜阵列701，光滤波器704和空间光调制器703连接，用于根据全息信息生成全息图序列，并输出全息图序列至空间光调制器703。

空间光调制器703，用于接收复现光对全息图序列进行处理，获得全息影像，并传送全息影像至接收屏705。

进一步的，微镜阵列701具体用于采集参考对象在T1时间范围内的第i时刻的物光波，其中，0＜i≤T1且i为整数，其中，物光波可以由以下表达式表征：

O(x₁，y₁)＝|O(x₁，y₁)|exp[-jφ₀(x₁，y₁)]，其中，x₁与y₁分别表示参考对象在T1时间范围内的第i时刻，经过微镜阵列701的滤光之后，在第i个波阵面上的横坐标与纵坐标，O(x₁，y₁)表示参考对象对应的物光波，|O(x₁，y₁)|表示参考对象的振幅信息，φ₀(x₁，y₁)表示参考对象的相位信息。

基于物光波，获得参考对象在T1时间范围内第i时刻的全息信息。

进一步的，微镜阵列701中每个微镜包含三个子微镜，三个子微镜与三基色分别对应。

微镜阵列701具体用于采集参考对象在T1时间范围内的第i时刻的物光波，具体为：

通过三个子微镜对参考对象进行滤光，采集在T1时间范围内的第i时刻的红物光波O_红(x₁，y₁)，绿物光波O_绿(x₁，y₁)，以及蓝物光波O_蓝(x₁，y₁)。

基于红物光波O_红(x₁，y₁)，绿物光波O_绿(x₁，y₁)，以及蓝物光波O_蓝(x₁，y₁)，分别获得在T1时间范围内的红光对应的第一全息信息，绿光对应的第二全息信息，以及蓝光对应的第三全息信息。

光滤波器包含分别与三基色对应的红滤波片，绿滤波片和蓝滤波片，滤波片在运算处理器的控制下，依次遮挡固定的光源，使光源透过滤波片产生对应的红复现光，绿复现光和蓝复现光。

进一步的，运算处理器还用于：基于第一全息信息，第二全息信息和第三全息信息，产生与红光对应的R_i全息图，与绿光对应的G_i全息图以及与蓝光对应的B_i全息图，并将产生的R_i全息图、G_i全息图、B_i全息图按照i＝1，2，….T1的时间顺序进行排列，获得全息图序列，并将全息图序列发送至空间光调制器，其中，全息图序列具体为：R₁G₁B₁R₂G₂B₂…R_T1G_T1B_T1；

控制光滤波器产生复现光的顺序，以使红复现光，绿复现光和蓝复现光照射空间光调制器的顺序与全息图序列中R_i全息图、G_i全息图、B_i全息图排列的顺序一致。

通过本发明的一个或多个实施例，可以实现如下技术效果：

在本申请的一个或者多个实施例中，首先，通过微镜阵列获取参考对象的全息信息，这里的全息信息是微镜阵列直接获取的参考对象的全息信息，而不用将物体的彩色信息进行分解，因此不会具有失真的风险。然后，通过运算处理器处理全息信息，获得全息图序列。此处的全息图序列，是按照时间顺序进行排列的，因此，在通过运算处理器将全息图序列输出的时候，只需要一个空间光调制器即可。另外，本申请实施例的光滤波器并不使用激光，而是使用复现光，并根据传送的全息图序列能够产生不同的复现光，以对全息图序列进行照射。综上，本申请实施例和现有技术采用的方案不一样，本申请直接获取了参考对象的全息信息，不用分解，避免了分解失真的风险，并且，本申请仅使用了一个空间光调制器，大大节约了技术成本。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器，CD-ROM，光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种全息影像显示方法，其特征在于，所述方法包括：

微镜阵列获取参考对象在T1时间范围内的全息信息，所述全息信息包括振幅信息和相位信息，其中所述T1大于0；

运算处理器处理所述全息信息，获得全息图序列，并将所述全息图序列输出至一个空间光调制器；

所述空间光调制器接收光滤波器产生的复现光，对所述全息图序列进行处理，获得全息影像；

接收屏接收并显示所述全息影像。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述微镜阵列获取参考对象在T1时间范围内的全息信息，具体为：

通过微镜阵列采集所述参考对象在所述T1时间范围内的第i时刻的物光波，其中，0＜i≤T1且i为整数，其中，所述物光波由以下表达式表征：

O(x₁，y₁)＝|O(x₁，y₁)|exp[-jφ₀(x₁，y₁)]，其中，x₁与y₁分别表示所述参考对象在所述T1时间范围内的第i时刻，经过微镜阵列的滤光之后，在第i个波阵面上的横坐标与纵坐标，O(x₁，y₁)表示所述参考对象在第i时刻对应的物光波，|O(x₁，y₁)|表示所述参考对象的振幅信息，φ₀(x₁，y₁)表示所述参考对象的相位信息；

基于所述物光波，获得所述参考对象在所述T1时间范围内第i时刻的全息信息。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，

所述微镜阵列中每个微镜包含三个子微镜，所述三个子微镜分别与三基色对应；

所述通过微镜阵列采集所述参考对象在所述T1时间范围内的第i时刻的物光波，具体为：

通过所述三个子微镜对所述参考对象进行滤光，采集在所述T1时间范围内的第i时刻的红光对应的红物光波O_红(x₁，y₁)，绿光对应的绿物光波O_绿(x₁，y₁)，以及蓝光对应的蓝物光波O_蓝(x₁，y₁)；

基于所述红物光波O_红(x₁，y₁)，所述绿物光波O_绿(x₁，y₁)，以及所述蓝物光波O_蓝(x₁，y₁)，分别获得在所述T1时间范围内的红光对应的第一全息信息，绿光对应的第二全息信息，以及蓝光对应的第三全息信息。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述运算处理器处理所述全息信息，获得全息图序列之前，所述方法还包括：

在所述T1时间范围内，模拟出所述参考对象在所述T1时间范围内第i时刻的干涉光波，所述干涉光波由以下表达式表征：

R(x₂，y₂)＝|R(x₂，y₂)|exp[-jΨ₀(x₂，y₂)]，其中，x₂与y₂分别表示干涉对象在所述T1时间范围内第i时刻对应的波阵面上的横坐标与纵坐标，R(x₂，y₂)表示所述干涉对象对应的干涉光波，|R(x₂，y₂)|代表所述干涉对象对应的干涉光波的振幅信息，φ₀(x₂，y₂)代表所述干涉对象对应的干涉光波的相位信息；

其中，所述干涉光波包括：所述红光对应的红干涉光波R_红(x₂，y₂)，所述绿光对应的绿干涉光波R_绿(x₂，y₂)，以及所述蓝光对应的蓝干涉光波R_蓝(x₂，y₂)。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述运算处理器处理所述全息信息，获得全息图序列，具体包括：

在所述T1时间范围内的第i时刻，通过所述红干涉光波R_红(x₂，y₂)与所述红物光波O_红(x₁，y₁)的干涉，获得红光对应的R_i全息图；同时

通过所述绿干涉光波R_绿(x₂，y₂)与所述绿物光波O_绿(x₁，y₁)的干涉，获得绿光对应的G_i全息图；同时

通过所述蓝干涉光波R_蓝(x₂，y₂)与所述蓝物光波O_蓝(x₁，y₁)的干涉，获得蓝光对应的B_i全息图；

在所述T1时间范围内，将获得的R_i全息图、G_i全息图、B_i全息图按照i＝1，2，….T1的时间顺序进行排列，获得全息图序列，其中，所述全息图序列具体为：R₁G₁B₁R₂G₂B₂…R_T1G_T1B_T1。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述空间光调制器接收光滤波器产生的复现光，对所述全息图序列进行处理，获得全息影像，具体包括：

光滤波器在所述运算处理器的控制下，对应于所述全息图序列的R_i全息图、G_i全息图、B_i全息图出现的次序，产生对应的红复现光，绿复现光和蓝复现光；

所述空间光调制器接收所述红复现光，绿复现光和蓝复现光，与所述全息图序列产生衍射，获得全息影像。

7.一种全息影像显示装置，其特征在于，所述装置包括微镜阵列，运算处理器，光滤波器，一个空间光调制器和接收屏，其中，

所述微镜阵列，用于获取参考对象在T1时间范围内的全息信息，并将所述全息信息传送给运算处理器处理，所述全息信息包括振幅信息和相位信息；

所述光滤波器，用于产生复现光，并输出所述复现光照射至所述空间光调制器；

所述运算处理器，与所述微镜阵列，所述光滤波器和所述空间光调制器连接，用于根据所述全息信息生成全息图序列，并输出所述全息图序列至所述空间光调制器；

所述空间光调制器，用于接收所述复现光对所述全息图序列进行处理，获得全息影像，并传送所述全息影像至所述接收屏。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述微镜阵列中的每个微镜包含三个子微镜，所述三个子微镜分别与三基色对应；

所述微镜阵列具体用于采集所述参考对象在所述T1时间范围内的第i时刻的物光波，具体为：

通过所述三个子微镜对所述参考对象进行滤光，采集在所述T1时间范围内的第i时刻的红光对应的红物光波O_红(x₁，y₁)，绿光对应的绿物光波O_绿(x₁，y₁)，以及蓝光对应的蓝物光波O_蓝(x₁，y₁)；

基于所述红物光波O_红(x₁，y₁)，所述绿物光波O_绿(x₁，y₁)，以及所述蓝物光波O_蓝(x₁，y₁)，分别获得在所述T1时间范围内的红光对应的第一全息信息，绿光对应的第二全息信息，以及蓝光对应的第三全息信息。

9.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述光滤波器包含分别与三基色对应的红滤波片，绿滤波片和蓝滤波片，所述光滤波器在所述运算处理器的控制下，依次遮挡固定的光源，使所述光源透过所述光滤波器产生对应的红复现光，绿复现光和蓝复现光。

10.如权利要求8所述的装置，其特征在于，

所述运算处理器还用于：

基于所述第一全息信息，第二全息信息和第三全息信息，产生与红光对应的R_i全息图，与绿光对应的G_i全息图以及与蓝光对应的B_i全息图，并将产生的R_i全息图、G_i全息图、B_i全息图按照i＝1，2，….T1的时间顺序进行排列，获得全息图序列，并将所述全息图序列发送至所述空间光调制器，其中，所述全息图序列具体为：R₁G₁B₁R₂G₂B₂…R_T1G_T1B_T1；

控制所述光滤波器产生所述复现光的顺序，以使红复现光，绿复现光和蓝复现光照射所述空间光调制器的顺序与所述全息图序列中R_i全息图、G_i全息图、B_i全息图排列的顺序一致。