计算机生成全息实时显示技术的研究现状

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法可大大减少运算量，提高全息图生成速度。

基于衍射的条纹生成方法的核心是对整个条纹在空间上和频率上进行分解，这种空间采样和频率采样忽略了竖直视差，整个全息平面由一系列竖直排列的全息直线组成。

每条全息直线又被分为一些间隔相同的小线段，每一小线段称为一个全息元（ｈｏｇｅ！）。

每个全息元是由频率互不重叠的基本条纹按一定的频率分量线性叠加而成，所有全息元的条纹组成最终的全息图。

设Ｈ（ｘ）为一个基本条纹，”（０）为光线通过基本条纹后在视场中的分布，则“（菇）和”（口）之间满足弗朗和费衍射
舢）：警了出弦‰
（２）
式中，ｋ＝２Ｉｒ／Ａ；“（并）和口（０）是傅立叶变换的关系。

同时，“（茹）和”（０）须满足下列条件：①ｌ口（口）Ｉ＿ｌ；②基本条纹函数Ｉｕ（ｚ）Ｉ－１。

ｕ（ｘ）对光的调制作用是将光向特定的区域、特定方向衍射。

因此，必须对“（菇）在空间域、”（口）在空间频率域上加以约束。

Ｉｕ（石）ｌ＝１表示在茗范围内必须保证衍射光的强度是常数，Ｉ”（口）Ｉ＿１，是保证衍射光在空间频率域△厂内具有连续分布，所以”（０）也必须是常数。

但是，由傅立叶变换性质可知，在空间域和空间频率域上同时满足
以上２个条件是不可能的，必须采用迭代算法，使其收敛，以
近似满足该条件，算法框图如图２所示。

图３基本条纹进行加权相加示意图
近来，不少研究者相继提出了一些新的计算全息算法和实现手段。

安徽大学的史东等人提出了一种基于ＩＤｌｌ脚ｎｎ单透镜模型的分数傅里叶变换快速算法，并利用此快速算法实现了分数傅里叶变换全息图的计算机模拟和再现【８】。

福建师范大学的陈家祯提出了一种在ＭＡ＇ＩＬＡＢ软件平台上实现计算全息干涉图的方法，该方法较早期的计算全息干涉图的实现更高效快捷，为计算全息干涉图的制作提供了新的实现途径Ｃ９】。

安徽大学的柴晓冬等人提出一种基于离散衍射光的全息光栅的带宽压缩算法，采用这种方法，可大大压缩数据量，提高传输速率，达到了动态显示的要求【１０］。

２．２光学再现
依照前文所述原理，再现过程是用生成的全息条纹通过ＳＬＭ对入射光线进行调制，将物体的三维信息从全息条纹中转化到光子中。

现在全息显示常用的ＳＬＭ有液晶显示器、数字微反射镜阵列器件和扫描式声光调制器等。

用传统的方法对计算全息图进行光学再现时，由于目前ＳＬＭ的分辨率较小，会存在再现图像的视角狭小等不足，对这些不足的改进是目前计算全息再现领域研究的热点之一。

韩国国立汉城大学的ＫｙｏｎｇｓｉｋＣｈｏｉ等人使用透镜阵列和相位型空间调制器，结合图像合成技术，制作了一种全视差、大视角的计算全息图３Ｄ彩色显示系统【ＩＩ］，其系统结构如图４所示。

图４基于图像合成的计算全息再现系统
该系统用一个透镜阵列来获取３Ｄ图像，所获取图像通过计算机生成全息图后输入到空问光调制器中，该全息图为位相型全息图，空间调制器也采用位相型空间调制器，这是因为位相型全息图具有较大的衍射效率。

传输经过空间调制器的光线受到其中全息条纹的调制，经过傅立叶变换生成再现图像，再经过放大，通过另外一个成像透镜阵列显示出来。

该系统将全息技术与图像合成技术结合起来，采用透镜阵列来采集和显示图像，大大地增加了视角，并可具有全视差。

另外，Ｍ１Ｔ研究小组曾提出利用声光偏转器（Ａｃｏｕｓｔｏ—ＯｐｔｉｃＤｅｆｌｅｃｔｏｒ，简称ＡＯＤ、进行计算全息图实时再现。

日本大学在此基础上制作了一种采用实时方式进行全息图形成、传输、显示的系统，再现图像的尺寸约为３０ｍｍ×３０ｒａｍ３０ｒａｍ，水平方向的视角约为１妒。

据报道，目前利用此方法实现的最大画面可达１５ｃｍ×７ｃｍ，深度大于３０ｃｍ，视场角达到
３００｛１２｝。

目前，计算机生成全息技术仍处于研究阶段，已有的研究成果表明了其在技术上的可行性。

当前ＣＧＨ实用化的约束因素主要是ＣＰＵ速度、高分辨率显示器以及传输带宽【１引。

随着计算机技术和通讯技术的进一步发展，在不远的将来，上述约束因素将会得到解决。

ＣＧＨ影视艺术、虚拟现实、远程教育等方面都具有诱人的应用前景。

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万方数据
计算机生成全息实时显示技术的研究现状
作者：钟强， 王金城， 于佳， ZHONG Qiang， WANG Jin-cheng， YU Jia
作者单位：中国海洋大学物理系,山东,青岛,266100
刊名：
激光杂志
英文刊名：LASER JOURNAL
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本文链接：/Periodical_jgzz200804002.aspx。