TWI447541B - Scene of the target component of the image reconstruction system - Google Patents

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TWI447541B
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Description

場景之目標元件的全像重建系統
本發明係關於全像重建系統，透過此系統，以調變過的光波場重建3D影像，並讓觀察者直接看見。此系統包含空間燈光調變裝置、眼睛追蹤裝置和位置控制裝置，其為了使具有全像重建之調變過的光波場能夠對準至少一位觀察者的眼睛位置，且能隨著眼鏡位置的變化而作追蹤。此外，本發明與重建系統中眼睛位置的軸向距離調節特別有關。
本發明不受全像圖所提供之資訊影響，且可為重建系統而執行以下功能：在同一時間提供許多位觀察者全像重建的影像。
本發明之申請人已經公開發表過不同的全像重建系統，其一為具有光波追蹤功能，且能夠指向觀察者至少一隻眼睛傳導調變過的光波場，另一為具重建3D影像功能。
現有的文獻提出光波場的重建系統，如何使觀察者用一隻眼睛所能見到的影像被重建。系統會產生另一個在時間和空間上具有視差、不規則和附有全像資訊的光波場。基本上系統也能夠產生具有寬大視野範圍的光波場。
重建系統應用了現有發明的基本原理，藉此空間燈光調變裝 置建立一個動態影像的全像圖。第1圖表示使用具有個別調變單元之光調變器的重建系統的基本技術問題。
在此例子當中，光調變器為單一空間燈光調變裝置(SLM)，其可受具干涉能力之光波場(LW)透過磁動勢，也就是透過有傳導功能的光柵，或是透過具有全像資訊的可控制立體固定微反射體進行調節。
空間燈光調變裝置(SLM)係動態地將影像的全像編碼。在這兩種狀況下產生調節的波場，其利用凸透鏡(L)經過傅利葉轉換後，重建出焦點平面(FL)前方物體的立體影像。利用凸透鏡可以確保從動態視頻全像圖每一個部分的後面光線不受限制地通過可見區域。
和具有照相底片或照相影片的一般全像圖一樣，第1圖中所顯示的空間燈光調變裝置(SLM)也因在每一個調節裝置單元中的動態全像圖，而包含了全部的全像圖資訊。在動態視頻全像圖後面，全像圖的每一部份都能靠觀察者的角度將所有的視頻全像圖重建，然而物體能被觀察到的角度範圍會縮減。
當系統將所有具有柵格化調節單元結構的二維立體光調變器調節面編碼，例如，液晶顯示裝置，則會產生問題。除了預期中的重建目標光點，會依繞射的順序在立體頻譜上產生另外的寄生光點。
第1圖為對目標光點(OP0)的繞射階和寄生光點(OP+1)和 (OP-1)的簡單敘述。在距離遠的繞射路線會產生更多的寄生光點，現今的發明對此較無關注。目標光點依繞射間隔和寄生光點直線置於重建的位置。重建影像後光波錐會依週期距離自每一光點傳遞到焦點平面，其開口角度決定照射調節裝置單元的光波長，以及決定調節裝置在單元結構中的距離。
所有重建光點(OP+1)、(OP0)和(OP-1)中的光波錐傳遞範圍相當廣，以至於在焦點平面上因重建繞射而限制的可見區域(VR)，和旁邊寄生光點(OP+1)和(OP-1)的光波錐都有出現，這也使得光點能夠被看見。此一干擾經過過濾則不會再繼續延伸。
本發明之申請人早期在專利文件WO 2004/04 4659「動態全像圖和動態全像圖的重建裝置」中已描述過此重建系統。第2圖即為此文件中提及如何排除習用技術的缺失。
為了避免可見區域中較高繞射階的光波，光調變器會利用場景之目標元件加以編碼。特別是重建系統個別重建的目標光點。其中，根據光點在可見區域(VR)前的立體位置和可見區域(VR)在全像圖區(H0)的大小，附有電腦輔助的全像圖處理裝置會減少空間燈光調變裝置(SLM)的編碼平面，如此一來，只有光點的光避開繞射階傳到可見區域(VR)。可見區域則只位於一繞射路線，當觀察者至少用一隻眼睛看向動態全像圖時，觀察者是無法看到從光點(OP+1)發出的光波。
另有未示出的系統控制之全像處理裝置會藉由立體空間中目 標光點(OP0)的軸向位置計算比一個全像圖區的平面大小，也就是說，全像圖(H0)的平面不只包括目標光點(OP0)的軸向距離(d1)，也包括從焦點平面到空間燈光調變裝置(SLM)的距離(d2)。第2圖同時示出，全像圖(H0)的位置和大小則是根據預測可見區域(VR)中的相關平面上的光調變器控制平面，其在平面上相關的點去決定。
申請人在另一專利文件WO 2006/119920「三維全像圖重建裝置」中已公開發表過此編碼。
第3圖係以三維圖解方式呈現光波在繞射階中，重建目標光點如何發出。本例只指出少數幾個被選出的目標光點OP1...OP4。每一全像圖區和凸透鏡共同產生一可調節的透鏡，此一透鏡在SLM和焦點平面(FL)之間重建目標光點(OP)，使得其在可見區域(VR)中傳遞的光波在焦點平面上和繞射階有關。然而，這也在發現可見區域其他繞射階中傳遞光波的過程中，形成障礙。全像圖處理裝置(HP)將單一目標光點的全像圖資訊通常只寫入一受限制的全像圖區(H)或是控制裝置平面。考慮到當下眼睛位置的資料(其資料會傳送至系統控制)，全像圖處理裝置會計算每一全像圖的位置和大小。
上述兩項著名的重建系統皆有缺點，其重建只有在位於焦點平面(FL)的可見區域(VR)中才能清晰無誤呈現，所有重建目標光點的光波才會完整反射至影像重建的光波場。可見區域是虛擬 的，因此使用者在無幫助之下很難發現。第5圖係重建目標光點(OP0)的一則例子。若觀察者眼睛位於不清晰的可見區域(VR2)，光則從光點(OP+1)傳向瞳孔，而光點(OP+1)變成干擾不清。
此外，焦點平面上眼睛位置的距離在兩邊方向產生一定的大小，全像圖區的光波，尤其是位於空間燈光調變裝置(SLM)邊緣的全像圖光波，無法傳遞到觀察者的瞳孔，這使得目標光點在眼睛位置上不易被看見。此一缺失在第6圖中作描述：在不清晰可見區域(VR2)的觀察者眼睛無法發現重建影像的目標光點(OP3)，因為其光波無法傳達至瞳孔。因此，需將光波場對向重建、將可見區域(VR)指向眼睛當下位置，並追蹤觀察者的頭部轉動方向。
因此，全像重建系統證明觀景裝置和相關的追蹤裝置。當觀察者轉動時，追蹤系統即進行追蹤，隨著觀察者眼睛位置的改變，光點位置也會跟著改變。接著下面是以此作為前提：當下的眼睛位置調變過之光波場的末端，目前編碼的視頻全像圖控制波場。
舉例來說：觀察者每隻眼睛所看到的經由全像重建系統，依序產生各自調變過之光波場。同一時間有兩個觀察者時，調變過之光波場則需相繼提供四個不同的眼睛位置的資訊，而左眼和右眼的全像圖內容則有所不同。當動態視頻圖只呈現其中一隻右眼所視的全像圖，追蹤系統就只會追蹤第一位觀察者的右眼，緊接著是另一位觀察者的右眼。當單一全像圖編碼左眼時，系統才會控制剩下兩個眼睛位置。
此種追蹤設備相對地較浪費成本，且在重建影像前光學元件易使光波場扭曲。追蹤系統依眼睛當下切入角度的位置，因此會出現像差和錯誤的運行時間。
此現象扭曲傳遞的波場，且必須在重建影像前先做更正。眼睛的位置變換會造成像差，像是球面像差、慧形像差、場曲、像散現象、畸變，上述像差很難更正正在變化的部分。扭曲導致光波的重合在可見區域被干擾，而且影像的單一重建目標光點會重建在錯誤的位置或是重建不清晰的影像，以致於可見區域中的影像失真，甚至找不到影像。
在國際專利文件WO01/95016「Computation time reduction for three-dimensional displays」中，全像重建系統因大幅降低空間燈光調變裝置(SLM)編碼的計算容量而著名。
和上述敘述的系統，本系統使用高解析度的空間燈光調變裝置(SLM)，並只有在受眼睛位置變化的光調變器內目前的全像圖被編碼。觀景裝置不僅替系統控制裝置決定眼睛位置，也控制觀察者目前看到的影像細節。控制裝置因此控制目前視頻全像圖的資料，並且計算光調變器的編碼資料。為了使計算減少計算量，控制系統優先計算控制細胞。
其餘觀察者沒有目前看到的重建物體，或是眼睛無法看到的物體，控制系統則較晚計算或更新，並且/或者是以最低的次數儲存。當觀察者在調節瞳孔位置時，系統同時改變相應瞳孔的形式、 大小和位置。
此一著名的重建系統除了對重建來說有著較小的重建區，還有另一缺點：每次只能使用有一定數量限制的控制細胞，這也使得重建的視野受限，並且系統需為高解析度，除此之外，如何顯示資料也為一限制。由於缺少既定的一些因素，系統在不同的立體深度較不適合呈現物體的動態影像。受控制的光波場在系統中也要斜著經過反射鏡頭，這也造成了像差的產生。
本發明的目的在於，利用細微機械化的光學技巧使在追蹤區內觀察者頭部隨意的動作或視線任意的擺放，能夠經由重建系統中橫向和軸向的光軸呈現。此外，本系統避免會因觀察者眼睛位置變化而產生像差的光學因素。
本發明係以全像重建系統為出發點，其系統至少附有具干涉能力的傳遞光波場。而此光波場和動態視頻全像第1圖起受控制，並重建三維全像圖。此重建系統包含全像圖處理裝置，此裝置計算應該要被全像重建的視頻之全像圖資訊。
全像圖處理裝置分別對包含空間燈光調變裝置的控制細胞之單元結構進行編碼。影像的固定目標元件描述作為全像圖資訊，例如，元件顏色和元件的亮度。
對本發明的重建原則來說，編碼的其一特點為：全像圖處理裝置引導每一個目標元件在個別的全像圖區，並根據影像中目標 元件位置的資料定義全像圖區的範圍及位置。
接著全像圖處理裝置會根據全像圖資訊和目標位置計算出全像圖區的編碼資料，並進行單元結構的編碼。
根據單元結構的全像圖區，每一個全像圖區皆控制干涉光波場的一部份光波，使所有控制光波能分別寫入。接著目標會重建，且光波錐錐傳遞到一可見區域。
此外，根據本發明全像重建系統配有一控制裝置，此裝置提供至少一位觀察者眼睛位置的資料資料，讓所有調變過之光波可搜尋目前眼睛的位置，且讓可見區域的光波錐能夠重建完整清晰的影像，和追蹤觀察者頭部的眼睛位置。
全像重建系統利用本發明的裝置達成了上述的目的。全像圖處理裝置不僅提供全像圖資訊和被寫入物體的位置，此外還有目前眼睛位置的資料資料，其目的在於：
-使全像圖區的位置和眼睛位置相符。
-使編碼資訊在全像圖區發揮極大的作用，讓重建系統追蹤眼睛目前的位置。
光波錐的開口透過目前眼睛位置的重合，建立一可見區域。在此可見區域所有重建的目標元件使全像圖的重建影像可被看見，寄生繞射圖樣的光也不會侵入使用繞射圖。因為全像圖處理裝置在編碼單元結構時，會注意到目前眼睛位置的資料，因此觀 察者的眼睛可以在追蹤區內隨意更動位置，也就是說，觀察者的眼睛位置不需要在重建系統的焦點平面，因為目前的動態全像圖會執行編碼。
一方面是為了避免寄生繞射光干涉，另一方面為了完整重建視線中所有物體，全像處理裝置會調節擴充、裝置位置和全像圖區所有和目前眼睛位置符合的全像圖內容。全像圖區在調節之後會形成一調變過之光波，其光波在物體重建之後，在可見區域會有一個很大開口的光波錐。此光波錐位於寫入的繞射裡，和可見區域裡的幾何圖非常相符。此光點的光會出現在其他繞射間隔和相符的繞射圖，而寄生光點則不會出現在可見區域。
根據本發明，全像重建系統的重要優點在於：在可見區域中觀察者的擴充被限定，且全像處理裝置動態編碼單元結構，以讓可見區域的範圍不因觀察者在空間燈光調變裝置前的距離而改變，而是始終保持不變。其結果為，全像處理裝置調整全像圖區的擴充，能夠與單元結構配合。
如本發明，重建系統的功能係利用透鏡和光譜得到解釋，全像圖處理裝置在計算動態視頻全像圖時，被當作成凸透鏡和稜鏡，以在空間燈光調變裝置中做編碼。
第4圖為空間燈光調變裝置的單元結構編碼之清楚明顯的透視圖，以3D影像中的目標光點(OP1)到(OP3)為例。
根據過去發明的知名基本原理，透過全像圖處理裝置(HP)，目標光點(OP1)至(OP3)形成全像圖區(H1)至(H3)，且依據目標光點的全像圖資訊計算全像圖區中的透鏡，甚至是稜鏡。也就是說，每一個單元結構裡面的全像圖區包含一個編碼，此編碼利用凸透鏡的光學功能使第一個光學元件成像，也有可能利用折射稜鏡的功能使第二個光學元件成像。
當所有位於干涉光波的全像區，全像區的編碼會立體呈現部分光波，其光波會依據凸透鏡的功能分別重建目標光點(OP1)、(OP2)或(OP3)。
為了正確清晰地重建影像，所有重建的目標光點要根據影像置放於眼睛位置前的物體位置，調變光的光波路線必須在可見區域向眼睛位置前進。
也就是說，每一個編碼過的全像圖區都有至少一個能使在空間燈光調變裝置(SLM)軸向的距離下重建目標光點的透鏡功能。當已編碼的全像圖區數量過多，全像圖處理裝置則在計算時，利用稜鏡功能改變重建目標光點的橫向位置。
全像圖處理裝置(HP)可以根據幾何光學和電腦圖形學著名的光線跟蹤演算法(也就是ray tracing)計算調變過之光波的光程長。此計算方式利用光可折射的特性，光波能夠從眼睛發出，再折射回眼睛原點。
在目前的情況下，全像圖處理裝置編碼所有調變過之平面， 理論上所有在可見區域內目前眼睛的位置在影像觀察時，應能清楚地被看到重建的情形，也應能在可見區域(VR)內取得重建。
每一個全像圖區在經過穿越空間燈光調變裝置(SLM)上方平面的影像目標光點時，產生可見區域(VR)的投影，影像基本上位於大量固定的目標光點。如第4圖所示：重疊於全像圖區。全像圖處理裝置不計算和編碼在目標光點。
從第5a圖和第5b圖可以看出帶有重建目標光點的調變過之光波在繞射路線的行徑，以及帶有相對寄生光點的光波在相鄰的繞射路線的行徑。光波的傳播使目標光點(OP0)的重建清晰呈現，空間燈光調變裝置(SLM)的單元結構必然導致寄生光點產生在其他的繞射路線。此一例子只有一個寄生光點，目標光點(OP+1)在較高的繞射路線。
在第5a圖中，全像圖區(H01)經由透鏡編碼，光波重建光點(OP0)，並使之在眼睛位置(EP1)的可見區域(VR1)的每一個目標光點都能清楚被看見。光波錐自重建的目標光點(OP0)向眼睛位置(EP1)行進，並完全佔滿可見區域(VR1)，其可見區域盡可能地利用繞射路線中所有可能的平面。寄生光波在較高的繞射路線生成不可預期的光點(OP+1)，並從可見區域(VR1)旁經過，以致於光點(OP+1)不出現在可見區域(VR1)。同樣地，其他在別的繞射路線產生寄生光波的光點也是相同狀況。
當觀察者眼睛自眼睛位置(EP1)軸向移動至眼睛位置(EP2)， 其關係又不相同，因為重建系統缺少用以壓制旁邊繞射路線的空間濾頻裝置，所以寄生光點的光能夠傳到眼睛。
第5b圖為依據本發明對此問題所提出的解決方法。為了使可見區域軸向移動至眼睛位置(EP2)，全像圖處理裝置利用透鏡作用為目標光點(OP0)編碼一較小的全像圖區(H02)。
同樣在第5b圖之全像圖(H02)的編碼，調變過之寄生光波自可見區域(VR1)和(VR2)旁經過，使編碼基本上是具有用處。
如先前的發明，重建系統一方面有和所有光波錐的切面相符的可見區域。另一方面是利用可使用的光調變器，靠著所使用之光的顏色，使相對較小的繞射距離不成限制。也因此可視區充分地利用繞射距離可能的切面。
第6a圖至第6c圖為目標光點(OP1)到(OP3)在重建的繞射路線中的光波路線。寄生光點在其他的繞射路線中由於透視的原因而無法被看見。
空間燈光調變裝置(SLM)的單元結構因全像圖區(H1)、(H2)和(H3)載有包含透鏡和稜鏡的編碼全像圖區(H1)、(H2)和(H3)因此各自調變一個光波場(LW)的光波。在許多結構性的干涉中，每一個光波各自重建已寫入的目標光點(OP1)、(OP2)和(OP3)。重建之後，光波當作光波錐向目前眼睛的位置(EP1)傳遞，其原因為，為了在眼睛位置透過和光波錐的開口重合，以形成可見區域(VR)。在第6a圖到第6c圖中，所有的全像圖區(H1)、(H2)和(H3)位於 空間燈光調變裝置(SLM)對面的固定位置。
第6a圖為有著大小和位置的全像圖區(H11)、(H21)和(H31)，並根據眼睛位置(EP1)編碼。所有的光波向眼睛位置(EP1)傳遞，以形成可見區域(VR1)。如第6圖所示，重建的目標光點(OP1)至(OP3)的光波錐在可見區域(VR1)的眼睛位置(EP1)附近重合。在此可見區域，所有的目標光點形成清晰的3D影像。調變過之光波在眼睛位置(EP1)後面發散，以致於在軸向移動至眼睛位置(EP2)後，目標光點(OP1)和(OP3)不在依靠眼睛的軸向位置，或者是因其他繞射路線所造成的寄生光點，其所產生的光學干擾，透過此光學干擾使影像清晰。
第6b圖表示，全像圖處理裝置(HP)在軸向移動形成一有效的新可見區域(VR2)，在此可見區域中全像圖區(H12)、(H22)和(H32)的大小和位置被重新定義，且已編碼的稜鏡資料調整和眼睛位置(EP2)相同。此外，第6b圖也顯示重建目標光點(OP1)和(OP3)在舊的可見區域(VR1)無法再被看到。換言之，其他繞射路線的目標光點(OP1)和(OP3)在此位置無法被看見。
第6c圖：眼睛位置(EP1)在多次元當中移動至位於重現系統的光學軸線(OA)的眼睛位置(EP3)。因為眼睛位置(EP3)和眼睛位置(EP2)的軸向距離相當遠，所以全像圖處理裝置(HP)必須改變在單元結構中全像圖區(H13)、(H23)和(H33)的位置，並且計算每一個全像圖區改變過的稜鏡項。
為了確定目前眼睛位置的前方，隨著頭部移動的重建影像無誤，所有在單元結構中的全像圖區(H13)、(H23)和(H33)移動其位置。其重建目標光點也許會在重建中消失，而且影像的視線會相對地削減。為了避免此狀況，原則上全像圖處理裝置(HP)能夠在眼睛位置的軸向變換當中計算出全像圖區在單元結構當中的位置資訊，並且編碼與空間燈光調變裝置(SLM)相比下，影像重建的位置如何使每一個眼睛位置的可見區域中的影像能夠顯示出相同大小的視野。當全像圖處理裝置(HP)能夠替在多種時間中不同的觀察者，處理出相同的動態視頻全像圖時，這樣的方向才值得去研究。
對於影像的真實全像圖重建來說，影像重建在觀察者頭部移動時，能夠固定在某一位置停留，這也才是值得去研究的。此外，使全像圖處理裝置將已編碼的影像細節結構吻合改變過的透視。
第7a圖和第7b圖為本發明一特別有利的結構圖，此結構圖顯示，可見區域的全像圖重建能夠在追蹤區內隨著任意的眼睛位置調整眼睛透視。如本發明，全像圖處理裝置(HP)利用目前眼鏡位置的資料，以讓目標光點的可視性透過追蹤光線在眼睛位置變化時能夠得以驗證，且讓依靠目前眼睛位置的重建目標光點結構得以改變。
然而，第7a圖只顯示目標光點(OP1)至(OP3)的全像圖區(H11)至(H31)，和指向眼睛位置(EP1)的繞射路線中的調變過之光波。 如本發明其他的特徵，在目前的動態影像圖計算之前，全像圖處理裝置(HP)透過光線追蹤做定位，使目標光點(OP3)的眼睛位置(EP1)能藏匿於位在遠處的目標光點(OP4)。因此，全像圖處理裝置不對目標光點(OP4)形成全像圖區，而且不會計算出任何編碼資料。全像圖處理裝置藉此節省容量。
當目前動態全像圖的觀察者眼睛位於眼睛位置(EP2)上，則形成另一種情況，如第7圖所示。全像圖處理裝置在目前的動態全像圖區計算前先做確認，不僅只有目標光點(OP3)，也包含目標光點(OP4)能夠被看見。同樣地，全像圖處理裝置也會透過光線追蹤確認全像重建系統能夠透過單元結構的平面，而不讓目標光點(OP1)在目前的視頻全像圖邊緣上形成全像圖區。因此，目標光點(OP1)在目前動態全像圖的計算過程中，不被處理，系統因此能夠省下計算容量。空間燈光調變裝置可以和單元結構一起被使用，使立體具有複雜調整值的調整裝置或是空間燈光調變器能夠產生作用。
本發明的特別優勢為，重建系統大大地使造成像差的光學元件減少。取而代之的是使用更快速的相位空間燈光調變裝置，以使其裝置能夠根據不同的眼睛位置產生大量的調變過之光波。
由於不依靠前面所述的光波追蹤原理和全像圖處理裝置與單元結構的編碼，重建系統的調整細節可以做改變。稜鏡項在單元結構中可調節的相位區有一必要條件為：重建系統利用具有許多 光調變器的空間燈光調變裝置和其他能進行稜鏡作用的的光學儀器。稜鏡項編碼不需要任何控制胞的孔徑。為此需要光調變器更深入的研究結論，以及動態視頻全像圖編碼資料更大的計算結果。
當空間燈光調變裝置的調變替全像圖區的光波調整足夠大的稜鏡項時，如本發明，重建系統基本上是不需要任何光學的聚焦儀器。若無足夠大的角度，則會產生不同的結果，以讓稜鏡項的編碼能夠幫助從調變器之單元結構的全像圖區後面發出的調變過之光波到達可視區中的重合。空間燈光調變裝置能夠透過會聚波而被發亮。
如本發明重建系統的其他說明，聚焦儀器能夠裝置在照明光波的路徑上，其也許能夠減少稜鏡項在調變器單元結構的全像圖區中，對編碼和調節範圍的要求。聚焦儀器可作為向場鏡、透鏡陣列或是具有繞射光學元件的陣列。
為了描繪光調變器在聚焦平面上的發光途徑，本發明在上述著名的的重建系統也是具有可利用價值。此系統定義發光儀器和聚光儀器之間的距離，就像聚焦裝置的焦距和光調變器的焦距平面的距離。
為了使此系統也使用在焦距平面上軸向的眼睛位置，利用本發明去調整聚焦裝置有效的焦距。
此一過程會發生：全像圖處理裝置替每一個全像圖區或是全部的單元結構計算出更正過的透鏡作用，此作用在空間燈光調變 裝置的單元結構編碼時，替目前的動態全像圖重疊更正過的焦距資料f2=f1±fcor，以透過編碼得到系統計算出的總共焦距f3。當光學聚焦裝置證明出焦距f1，焦距f2必須在發光裝置和雙凸透鏡間疏忽掉的差距之下，得出：1/f3=1/f1+1/f2。
為了更正系統焦距，空間燈光調變裝置因此具有一單獨的光調變器。
本案所揭露之技術，得由熟習本技術人士據以實施，而其前所未有之作法亦具備專利性，爰依法提出專利之申請。惟上述之實施例尚不足以涵蓋本案所欲保護之專利範圍，因此，提出申請專利範圍如附。
LW‧‧‧光波場
SLM‧‧‧空間燈光調變裝置
OP‧‧‧目標光點
VR‧‧‧可見區域
FL‧‧‧焦點平面
PE‧‧‧觀察者眼睛
L‧‧‧凸透鏡
H‧‧‧全像圖區
3DS‧‧‧3D影像
EP‧‧‧眼睛位置
OA‧‧‧光學軸線
第1圖：表示全像重建系統的基本原則，全像圖根據第1圖在發光的空間燈光調變裝置進行編碼；第2圖：根據專利文件WO 2004/044659，此發明替本系統奠定了基礎，舉例來說，寄生光點的功能為影像的重建目標光點說明繞射現象；第3圖：全像重建系統根據第2圖，同樣表示三維影像的目標光點和空間燈光調變裝置上的編碼全像圖區；第4圖：重建系統的另一描述：光調變器在平面上不同的目標光點寫入已編碼的全像圖區；第5a圖和第5b圖表示：重建目標光點的調變過之光波的路線，以及不同眼睛位置的繞射圖中，其寄生光點的光波。如本發明，全像圖處理裝置為此調節全像圖區之大小和編碼，以和預期中的眼睛位置相符；第6a圖至第6c圖：表示調變過之光波的各個路線，不同的眼睛位置，在繞射圖中，影像來自不同的重建目標光點。此外，全像圖處理裝置根據本發明進行調節，使全像圖區的大小和編碼和預期中的眼睛位置相符；第7a圖和第7b圖同樣也是表示：不同眼睛位置的繞射圖中，影像不同的重建目標光點的調變過之光波的路線。和第6a圖到第6c圖相反，全像圖處理裝置在計算動態視頻全像 圖時，也會處裡目標光點的改變，其為利用不同眼睛位置的不同透視法而取得結果。
LW‧‧‧光波場
SLM‧‧‧空間燈光調變裝置
OP‧‧‧目標光點
VR‧‧‧可見區域
H‧‧‧全像圖區
EP‧‧‧眼睛位置
OA‧‧‧光學軸線

Claims (15)

  1. 一種對場景之目標元件進行全像重建的全像重建系統，此重建系統具有一由調變單元構成之不可連續編碼的單元結構，該結構可對空間燈光調變裝置內至少一包括一系列彩色全像影像之具有干涉能力的光波場進行調變；此外，此全像重建系統還包括：全像圖處理裝置，用以對單元結構內每一個場景的目標元件分配一個不連續的全像圖區，並計算出全像圖區的編碼資料，該處理裝置的範圍及和位置取決於場景中目標元件的位置資料，這樣單元結構的每一個全像圖區都可調變具干涉能力之光波，這樣單元結構中的每一個全像圖區都能調變具干涉能力之光波場的一個部分光波，同時每一個調變過的部分光波都可以各自重建其分配到的目標元件，然後作為光波錐向可見區域傳播；以及位置控制裝置，用以使調變過的部分光波對準至少一個目前的眼睛位置，並追蹤觀察者在移動時的眼睛位置，這樣就能夠讓觀察者看到在可見區域內完整重建的場景；此全像重建系統之特徵為：全像圖處理裝置也會將目前的眼睛位置的位置資料考慮進去，以便使全像圖區的範圍及位置能夠與目前眼睛的位置配合，計算編碼資料，使所有的部分光波向目前眼睛的位置前進，以及使寄生繞射級的光線不會滲入所使用的繞射級。
  2. 如申請專利範圍第1項之全像重建系統，其中全像圖處理裝置會根據目前眼睛位置的資料動態編碼單元結構，這樣重建系統就能夠對追蹤區內目前眼睛位置的調變過之部分光波進行追蹤。
  3. 如申請專利範圍第1項之全像重建系統，其中全像圖處理裝置會動態編碼單元結構，使光波錐透過與目前眼睛位置的重合，形成一可見區域，且在眼睛的移動過程中，透過編碼資料的重新計算，追蹤重建的目標元件。
  4. 如申請專利範圍第3項之全像重建系統，其中可見區域具有一預定之範圍者，且全像圖處理裝置動態編碼單元結構，使可見區域的範圍不會因觀察者在空間燈光調變裝置前的距離而改變，而是始終保持不變。
  5. 如申請專利範圍第1項之全像重建系統，其中全像圖處理裝置會根據被排定的重建目標元件的位置和眼睛位置為全像圖區計算出一個透鏡項，並將一個稜鏡項疊加到該透鏡項，以便使重建之目標元件對準眼睛位置。
  6. 如申請專利範圍第1項之全像重建系統，其中空間燈光調變裝置具有至少一個空間光調變器，用以執行具干涉能力之波場的空間相位調整。
  7. 如申請專利範圍第1項之全像重建系統，其中全像圖處理裝置利用場景之目標光點之被定義結構的資料，並為每一個目標光點計算出一個全像圖區，其全像圖區的位置及範圍不僅取決於目標光點的軸向距離，也取決於每一個全像圖區中眼睛位置與空間燈光調變器的距離。
  8. 如申請專利範圍第7項之全像重建系統，其中無論目前之視頻全像圖的內容為何，調變器之單元結構都具有固定數量的全像圖區。
  9. 如申請專利範圍第7項之全像重建系統，其中不連續之全像圖區的數量取決於圖像分辨率，該圖像分辨率等同於在可見區域內希望達到全像結構的分辨率。
  10. 如申請專利範圍第1項之全像重建系統，其中從全像圖區重建的場景相對於目前之觀察視窗的位置是固定不變的。
  11. 如申請專利範圍第1項之全像重建系統，其中在眼睛經過一軸向移動後，全像圖處理裝置會產生一新的可見區域，在此過程中，全像圖處理裝置會重新定義全像圖區在調變器單元結構上的範圍及位置，並使已編碼的透鏡項的數值與資料目前眼睛的位置配合。
  12. 如申請專利範圍第1項之全像重建系統，其中當眼睛位置改變時，全像圖處理裝置會改變調變器單位結構的編碼，以便使重建之場景的觀點能夠與目前的眼睛位置配合。
  13. 如申請專利範圍第1項之全像重建系統，其中當眼睛位置之間發生橫向變動時，全像圖處理裝置會計算並編碼全像圖區在調變器單元結構上的位置資訊，相對地，重建之場景也會改變其相對於燈光調變器的位置，以便使場景在每一個眼睛位置的可視區內都具有相同大小的視場。
  14. 如申請專利範圍第1項之全像重建系統，其中當眼睛位置改變時，全像圖處理裝置會透過光線追蹤並檢查目標光點的可見度，再根據目前眼睛位置改變重建之目標光點的結構。
  15. 如申請專利範圍第1項之全像重建系統，其中一匯聚傳播的光波場將空間燈光調變裝置照亮。
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