CN106210707B - 一种全息显示***及全息显示方法 - Google Patents

一种全息显示***及全息显示方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种全息显示方案，利用控制器获取待显示物图像的多个灰度值，并根据灰度值生成多个子显示图像编码，利用显示装置通过子显示图像编码生成并显示多个子全息图像，以使子全息图像在人眼中叠加生成待显示物图像的全息图像，该全息图像的灰阶层级与待显示物图像的灰阶层级相同，不会造成待显示物图像的全息显示失真，增强了全息图像的灰度呈现能力，进而提高了待显示物图像的全息显示效果。

Description

一种全息显示***及全息显示方法
技术领域
本发明涉及显示技术领域，特别涉及一种全息显示***及全息显示方法。
背景技术
随着显示技术不断的发展，全息显示技术具有能够满足人眼视觉的全部感知，并且观察者可以不借助头盔、眼镜等辅助装置进行观察的优点，获得了越来越多的关注。如图1所示，现有全息显示***包括：控制器1和显示装置2，控制器1根据待显示物图像生成一个全息图像编码，并将该全息图像编码发送给显示装置2，由显示装置2生成并显示一幅全息图像。
现有显示装置通常包括空间光调制器，空间光调制器的显示灰阶为256级，但在控制器1生成全息图像编码过程中，待显示物图像的信息会丢失，使显示装置生成并呈现的单幅全息图像的灰阶层级小于256级，导致全息图像的灰度呈现能力不足，从而使待显示物图像的全息显示失真。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供一种全息显示方案,用以至少部分解决待显示物图像的显示失真的问题。
为实现上述目的，本发明提供一种全息显示***，包括控制器和显示装置，所述控制器用于，获取待显示物图像的多个灰度值Gi，根据所述灰度值Gi生成多个子显示图像编码，并将所述子显示图像编码发送给所述显示装置；
所述显示装置用于，根据所述子显示图像编码生成并显示相应数量的子全息图像，以使所述子全息图像在人眼中叠加生成所述待显示物图像的全息图像。
优选的，所述控制器具体用于，根据预设进制x和各灰度值Gi，确定基数个数的最大值N，分别将各灰度值Gi分解为N个基数和权值；根据所述N个基数，生成相应的N个权值组，并根据所述N个权值组，生成相应的N个子显示图像编码；其中，所述各灰度值Gi的基数与权值一一对应，同一权值组内的基数相同。
优选的，所述控制器具体用于，根据所述各灰度值Gi确定最大的灰度值Gmax，并根据所述Gmax确定所述基数个数的最大值N，其中，N满足以下条件：logxGmax＜N≤(logxGmax)+1。
优选的，所述显示装置包括空间光调制器和背光组件，背光组件用于，根据所述N个子显示图像编码提供相应的N个背光强度，各背光强度为各子显示图像编码对应的权值组对应的基数；
空间光调制器用于，根据所述N个子显示图像编码，生成相应的N个子显示图像，并根据所述N个子显示图像和背光强度，形成并显示相应的N个子全息图像。
优选的，所述控制器具体用于，根据预设的待显示物图像，获取所述待显示物图像的多个灰度值Gi；
或者，所述全息显示***还包括图像采集器，所述图像采集器用于采集待显示物图像，并将待显示物图像发送给所述控制器，所述控制器根据所述待显示物图像获取多个灰度值Gi。
本发明还提供一种全息显示方法，应用于包括控制器和显示装置的全息显示***，其特征在于，所述全息显示方法包括：
S1、所述控制器获取待显示物图像的多个灰度值Gi，根据所述灰度值Gi生成多个子显示图像编码，并将所述子显示图像编码发送给所述显示装置；
S2、所述显示装置根据所述子显示图像编码生成并显示相应数量的子全息图像，以使所述子全息图像在人眼中叠加生成所述待显示物图像的全息图像。
优选的，所述S1包括：
S11、根据预设进制x和各灰度值Gi，确定基数个数的最大值N，分别将所述各灰度值Gi分解为N个基数和权值，其中，各灰度值Gi的基数与权值一一对应；
S12、根据所述N个基数，生成相应的N个权值组，其中，同一权值组内的基数相同；
S13、根据所述N个权值组，生成相应的N个子显示图像编码。
优选的，所述S11具体包括，根据所述各灰度值Gi确定最大的灰度值Gmax，并根据所述Gmax确定基数个数的最大值N，其中，N满足以下条件：logxGmax＜N≤(logxGmax)+1。
优选的，所述S2包括：
所述显示装置根据所述N个子显示图像编码，生成相应的N个子显示图像，并提供相应的N个背光强度，各背光强度为各子显示图像编码对应的权值组对应的基数；
所述显示装置根据所述N个子显示图像和背光强度，形成并显示相应的N个子全息图像。
优选的，所述S1包括：
所述控制器根据预设的待显示物图像，获取所述待显示物图像的多个灰度值Gi；
或者，所述全息显示***还包括图像采集器，所述图像采集器采集待显示物图像，并将待显示物图像发送给所述控制器，所述控制器根据所述待显示物图像获取多个灰度值Gi。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供一种全息显示方案，利用控制器获取待显示物图像的多个灰度值，根据灰度值生成多个子显示图像编码，利用显示装置生成并显示多个子全息图像，以使各子全息图像在人眼中叠加生成待显示物图像的全息图像，该全息图像的灰阶层级和待显示物图像的灰阶层级相同，不会造成待显示物图像的全息显示失真，增强了全息图像的灰度呈现能力，进而提高了待显示物图像的全息显示效果。
附图说明
图1为现有技术全息显示***的结构示意图；
图2为本发明实施例1、2的原理图；
图3为本发明实施例1提供的全息显示***的结构示意图；
图4为本发明实施例2提供的全息显示方法的流程示意图；
图5为本发明实施例2中形成子显示图像编码的流程示意图。
图例说明：
1、控制器 2、显示装置 9、背光组件 10、空间光调制器
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明提供的一种全息显示***及全息显示方法进行详细描述。
实施例1
本发明实施例1提供一种全息显示***，如图2所示，该全息显示***能够根据待显示物图像生成多个子全息图像，各子全息图像可以在人眼中叠加生成待显示物图像的全息图像，相对于现有的直接生成并显示一个全息图像供人眼接收的全息显示***，提高了全息图像的灰阶层级，从而增强全息显示效果。
如图3所示，所述全息显示***包括控制器1和显示装置2，所述控制器1用于，获取待显示物图像的多个灰度值Gi,根据各灰度值Gi生成多个子显示图像编码，并将各子显示图像编码发送给显示装置2。待显示物图像中的每个物点对应一个采样颜色，以灰度表示，即待显示物图像的各物点分别对应一个灰度值Gi，i为待显示物图像的物点编码,i＝(1，2，……，m)，m为待显示物图像的物点个数。也就是说，控制器1可以获取待显示物图像的各灰度值Gi(G1，G2，……，Gm)，根据灰度值Gi(G1，G2，……，Gm)生成N个子显示图像编码(H1，H2，……，HN)，并将N个子显示图编码(H1，H2，……，HN)发送给显示装置2。
显示装置2用于，根据所述子显示图像编码生成相应数量的子全息图像，以使所述子全息图像在人眼中叠加生成待显示物图像的全息图像。
也就是说，显示装置2根据接收到的N个子显示编码(H1，H2，……，HN)，分别生成并显示相应数量的子全息图像(P1，P2，……，PN),即根据一个子显示编码生成一个子全息图像，N个子显示编码(H1，H2，……，HN)分别对应N个子全息图像(P1，P2，……，PN)。各子全息图像(P1，P2，……，PN)分时显示，从而可以在人眼中叠加生成待显示物图像的一幅全息图像。
本发明利用控制器获取待显示物图像的多个灰度值Gi，根据灰度值Gi生成多个子显示图像编码，利用显示装置2生成并显示多个子全息图像，以使各子全息图像在人眼中叠加生成待显示物图像的全息图像，该全息图像的灰阶层级和待显示物图像的灰阶层级相同，不会造成待显示物图像的全息显示失真，增强了全息图像的灰度呈现能力，进而提高了待显示物图像的全息显示效果。
具体的，控制器1具体用于，根据预设进制x和各灰度值Gi，确定基数个数的最大值N，分别将各灰度值Gi分解为N个基数和权值；根据所述N个基数，生成相应的N个权值组，并根据N个取值组，生成相应的N个子显示图像编码；其中，所述各灰度值Gi的基数与权值一一对应，同一权值组内的基数相同。
具体的，控制器1具体用于，根据各灰度值Gi(G1，G2，……，Gm)确定最大的灰度值Gmax，并根据Gmax和预设进制x确定基数个数的最大值N(N为正整数)，其中，N满足以下条件：logxGmax＜N≤(logxGmax)+1。预设进制x可以为二进制、十进制等。
需要说明的是，控制器1还可以先对获取到的各灰度值Gi(G1，G2，……，Gm)分别根据预设进制x确定相应的基数的个数(n1，n2，……，nm),然后再确定出基数个数的最大值N。
控制器1分别将各灰度值Gi(G1，G2，……，Gm)分解为N个基数和权值。具体的，各灰度值具有相同的N个基数(x0，x1，……，xN-1)，各灰度值Gi对应的基数Xi及其权值Ri的乘积之和等于各灰度值Gi。例如，i＝1时，灰度值G1可以分解为基数(x0，x1，……，xN-1)和权值(R10，R11，……，R1(N-1)),基数x0对应的权值为R10，基数x1对应的权值为R11，基数xN-1对应的权值为R1(N-1)，灰度值G1＝x0*R10+x1*R11+……+xN-1*R1(N-1)。i＝2时，灰度值G2可以分解为基数(x0，x1，……，xN-1)和权值(R20，R21，……，R2(N-1)),且G2＝x0*R20+x1*R21+……+xN-1*R2(N-1)。i＝m时，灰度值Gm可以分解为基数(x0，x1，……，xN-1)和权值(Rm0，Rm1，……，Rm(N-1)),且Gm＝x0*Rm0+x1*Rm1+……+xN-1*Rm(N-1)。
控制器1根据N个基数(x0，x1，……，xN-1)，生成N个权值组(H1，H2，……，HN),每个权值组内的权值对应的基数相同，也就是说，所述权值组和基数一一对应，各权值组内均包括与对应的基数相对应的m个权值。具体的，权值组H1对应基数x0，权值组H1内的权值与基数x0相对应，包括(R10，R20,……，Rm0)；权值组H2对应基数x1，权值组H2内的权值与基数x1相对应，包括(R11，R21,……，Rm1)；HN对应基数xN-1，权值组内HN的权值与基数xN-1相对应，包括(R1(N-1)，R2(N-1),……，Rm(N-1)。
控制器1根据N个权值组(H1，H2，……，HN)，生成相应的N个子显示图像编码(Q1，Q2，……，QN)，所述N个权值组与所述N个子显示图像编码一一对应。
如图3所示，显示装置2包括：空间光调制器10和背光组件9，背光组件9用于，根据N个子显示图像编码提供相应的N个背光强度，各背光强度为各子显示图像编码对应的权值组对应的基数。空间光调制器10用于，根据N个子显示图像编码，生成相应的N个子显示图像，并根据所述N个子显示图像和背光强度，形成并显示相应的N个子全息图像。
也就是说，显示装置2接收N个子显示图像编码(Q1，Q2，……，QN)，背光组件9根据N个子显示图像编码(Q1，Q2，……，QN)提供相应的N个背光强度，即背光组件9提供N个背光强度，所述N个背光强度与所述N个子显示图像编码(Q1，Q2，……，QN)一一对应。背光强度即为子显示图像编码(Q1，Q2，……，QN)对应的权值组(H1，H2，……，HN)对应的基数(x0，x1，……，xN-1)。
空间光调制器10根据N个子显示图像编码(Q1，Q2，……，QN)生成相应的N个子显示图像(Z1，Z2，……，ZN)，并分时提供所述N个子显示图像(Z1，Z2，……，ZN)；同时，背光组件9分时提供相应的N个背光强度(x0，x1，……，xN-1)，从而N个背光强度(x0，x1，……，xN-1)与N个子显示图像(Z1，Z2，……，ZN)一一叠加，形成并分时显示N个子全息图像(P1，P2，……，PN)。
由于分时显示多个子全息图像对空间光调制器的刷新频率要求较高，为保证子全息图像根据视觉暂留效应使人眼在感官上等效为一幅全息图像，因此，预设进制x和基数个数的最大值N需要根据空间光调制器的实际刷新频率确定。空间光调制器10可以包括：液晶显示组件、数字微镜阵列显示组件或硅基液晶显示组件。
需要说明的是，所述全息显示***可以直接呈现待显示物实物的全息图像，也可以呈现待显示物图像的全息图像。当呈现待显示物图像的全息图像时，在控制器1内预设待显示物图像，控制器1可以根据预设的待显示物图像，获取待显示物图像的多个灰度值Gi。当直接呈现待显示物实物的全息图像时，全息显示***还包括图像采集器(图中未绘示)，图像采集器用于采集待显示物图像，并将采集到的待显示物图像发送给控制器1，控制器1获取所述待显示物图像的多个灰度值Gi。
图像采集器可以为扫描仪或数字摄像机，通过图像采集器对待显示物实物的图像实时采集的全息显示***可以实现同步动态全息显示。
实施例2
基于与所述实施例1的全息显示***相同的构思，本发明实施例2还提供一种全息显示方法，如图4所示，所述方法包括：
S1、控制器获取待显示物图像的多个灰度值Gi，根据所述灰度值Gi生成多个子显示图像编码，并将所述子显示图像编码发送给所述显示装置。
具体的，控制器可以根据预设的待显示物图像，获取所述待显示物图像的多个灰度值Gi，或者，利用图像采集器采集待显示物图像，并将待显示物图像发送给所述控制器，所述控制器获取所述待显示物图像的多个灰度值Gi。
控制器生成多个子显示图像编码的具体实现方式后续结合附图5再详细说明。
S2、所述显示装置根据所述子显示图像编码生成并显示相应数量的子全息图像，以使所述子全息图像在人眼中叠加生成所述待显示物图像的全息图像。
具体的，显示装置根据N个子显示图像编码，生成相应的N个子显示图像；根据N个子显示图像编码提供相应的N个背光强度，各所述背光强度为对应的所述子灰度图编码对应的权值组对应的基数；根据所述N个子显示图像和背光强度，形成并显示相应的N个子全息图像。
通过上述步骤可以看出，通过生成并显示多个子全息图像，子全息图像在人眼中叠加后生成一幅全息图像，该全息图像的灰度值与相应的待显示物图像的灰度值相同，即该全息图像的灰阶层级和待显示物图像的灰阶层级相同，不会造成待显示物图像的显示失真。
如图5所示，所述控制器根据灰度值Gi生成多个子显示图像编码的流程包括：
S11、所述控制器根据预设进制x和各灰度值Gi，确定基数个数的最大值N，分别将各灰度值Gi分解为N个基数和权值，其中，各灰度值Gi的基数与权值一一对应。
具体的，控制器1可以根据各灰度值Gi(G1，G2，……，Gm)确定最大的灰度值Gmax，并根据Gmax和预设进制x确定基数个数的最大值N(N为正整数)，其中，N满足以下条件：logxGmax＜N≤(logxGmax)+1。
S12、所述控制器根据所述N个基数，生成相应的N个权值组，同一权值组内的基数相同。
S13、所述控制器根据所述N个权值组，生成相应的N个子显示图像编码。
实施例3
为了清楚说明本发明的技术方案，以下结合附图3通过具体实例对本发明提供的全息显示方案进行详细说明。
在本实施例中，以预设进制为2进制、获取5个待显示物图像的灰度值为例进行说明，其中，各灰度值为(0，1，2，3，4)。
控制器1确定出最大的灰度值Gmax＝4，根据log24＜N≤(log24)+1，计算出N＝3。因此，将各灰度值(0，1，2，3，4)分别分解为3个基数以及各基数对应的3个权值。具体的，灰度0分解为基数(1，2，4)及其权值(0，0，0)，灰度1分解为基数(1，2，4)及其权值(1，0，0)，灰度2分解基数(1，2，4)及其权值(0，1，0)，灰度3分解为基数(1，2，4)及其权值(1，1，0)，灰度4分解为基数(1，2，4)及其权值(0，0，1)。各灰度值对应的基数及其权值如表1所示：
表1
基数＝4(22) 基数＝2(21) 基数＝1(20)
灰度值 权值组H3 权值组H2 权值组H1
4 1 0 0
3 0 1 1
2 0 1 0
1 0 0 1
0 0 0 0
各灰度值具有相同的基数：1，2，4，控制器1生成3个权值组(H1，H2，H3),每个权值组分别对应一个基数，且各权值组内包括5个权值。具体的，权值组H1对应基数1，权值组H1内的权值为(0，1，0，1，0)；权值组H2对应基数2，权值组H2内的权值为(0，0，1，1，0)；权值组H3对应基数4，权值组H3内的权值为(0，0，0，0，1)。
控制器1根据所述3个权值组(H1，H2，H3)，生成相应的3个子显示图像编码(Q1，Q2，Q3)。
显示装置2的空间光调制器10根据3个子显示图像编码(Q1，Q2，Q3)，生成相应的3个子显示图像(Z1，Z2，Z3)，背光组件9根据3个子显示图像编码(Q1，Q2，Q3)提供相应的3个背光强度，背光强度为对应的子显示图像编码(Q1，Q2，Q3)对应的权值组(H1，H2，H3)对应的基数(1，2，4)。空间光调制器10分时提供3个子显示图像(Z1，Z2，Z3)，背光组件9同时提供3个相应的背光强度(1，2，4)，从而形成并由空间光调制器10分时显示相应的3个子全息图像(P1，P2，P3)。
3个子全息图像(P1，P2，P3)在人眼中叠加形成一幅全息图像，该全息图像中显示的灰度值与待显示物图像的灰度值相同，均为(0，1，2，3，4)，即该全息图像的灰阶层级和待显示物图像的灰阶层级相同，不会造成待显示物的全息显示失真。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种全息显示***，包括控制器和显示装置，其特征在于，
所述控制器用于，获取待显示物图像的多个灰度值Gi，根据所述灰度值Gi生成多个子显示图像编码，并将所述子显示图像编码发送给所述显示装置；
所述显示装置用于，根据所述子显示图像编码生成并显示相应数量的子全息图像，以使所述子全息图像在人眼中叠加生成所述待显示物图像的全息图像；
所述控制器具体用于，根据预设进制x和各灰度值Gi，确定基数个数的最大值N，分别将各灰度值Gi分解为N个基数和权值；根据所述N个基数，生成相应的N个权值组，并根据所述N个权值组，生成相应的N个子显示图像编码；其中，所述各灰度值Gi的基数与权值一一对应，同一权值组内的基数相同；
所述显示装置包括空间光调制器和背光组件，
背光组件用于，根据所述N个子显示图像编码提供相应的N个背光强度，各背光强度为各子显示图像编码对应的权值组对应的基数；
空间光调制器用于，根据所述N个子显示图像编码，生成相应的N个子显示图像，并根据所述N个子显示图像和背光强度，形成并显示相应的N个子全息图像。
2.根据权利要求1所述的全息显示***，其特征在于，所述控制器具体用于，根据所述各灰度值Gi确定最大的灰度值Gmax，并根据所述Gmax确定所述基数个数的最大值N，其中，N满足以下条件：logxGmax＜N≤(logxGmax)+1。
3.根据权利要求1所述的全息显示***，其特征在于，所述控制器具体用于，根据预设的待显示物图像，获取所述待显示物图像的多个灰度值Gi；或者，
所述全息显示***还包括图像采集器，所述图像采集器用于采集待显示物图像，并将待显示物图像发送给所述控制器，所述控制器根据所述待显示物图像获取多个灰度值Gi。
4.一种全息显示方法，应用于包括控制器和显示装置的全息显示***，其特征在于，所述全息显示方法包括：
S1、所述控制器获取待显示物图像的多个灰度值Gi，根据所述灰度值Gi生成多个子显示图像编码，并将所述子显示图像编码发送给所述显示装置；
S2、所述显示装置根据所述子显示图像编码生成并显示相应数量的子全息图像，以使所述子全息图像在人眼中叠加生成所述待显示物图像的全息图像；
所述S1包括：
S11、根据预设进制x和各灰度值Gi，确定基数个数的最大值N，分别将所述各灰度值Gi分解为N个基数和权值，其中，各灰度值Gi的基数与权值一一对应；
S12、根据所述N个基数，生成相应的N个权值组，其中，同一权值组内的基数相同；
S13、根据所述N个权值组，生成相应的N个子显示图像编码；
所述S2包括：
所述显示装置根据所述N个子显示图像编码，生成相应的N个子显示图像，并提供相应的N个背光强度，各背光强度为各子显示图像编码对应的权值组对应的基数；
所述显示装置根据所述N个子显示图像和背光强度，形成并显示相应的N个子全息图像。
5.如权利要求4所述的全息显示方法，其特征在于，所述S11具体包括，根据所述各灰度值Gi确定最大的灰度值Gmax，并根据所述Gmax确定基数个数的最大值N，其中，N满足以下条件：logxGmax＜N≤(logxGmax)+1。
6.根据权利要求4所述的全息显示方法，其特征在于，所述S1包括：
所述控制器根据预设的待显示物图像，获取所述待显示物图像的多个灰度值Gi；或者，
所述全息显示***还包括图像采集器，所述图像采集器采集待显示物图像，并将待显示物图像发送给所述控制器，所述控制器根据所述待显示物图像获取多个灰度值Gi。
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