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激光直写制作全视差合成全息图的技术研究

作　者: 郭春华
导　师: 王金城
学　校: 中国海洋大学
专　业: 光学
关键词: 合成全息 全视差 全自动 激光直写 图像处理
分类号: O438.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 36次
引　用: 1次
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内容摘要


随着计算机技术和新型数字设备的迅速发展,数字合成全息技术凭借其广阔的取材空间,成为当前全息显示技术领域的研究热点之一。为了将全息显示技术更好的商业化,从二十世纪九十年代起,如何制作大面积全视差合成全息图成为世界各国显示全息研究的重点之一。目前国外已有不少科研机构和公司致力于合成全息图商业化生产及应用,合成全息图已经作为高质量三维显示手段进入商业市场。而国内相关技术比较落后,本论文在参考国内外合成全息图制作前沿技术的基础上,提出了一种可实现白光下直接再现的、大视场的、全视差的合成全息图的全自动拍摄技术,即一种三维合成全息图的激光打印技术。本论文工作基于合成全息原理,采用激光直写一步反射合成全息拍摄方法,结合计算机数字图像处理技术,实现全视差合成全息图的全自动拍摄。并使全息图具有较大的观察视场,满足大面积合成全息图衍射拼接的条件。本论文所采用的激光直写拍摄方法,记录时单幅二维图像是直接记录在一个信息单元点上的,而再现时当观察者双眼离开全息图表面时无法观察到原图像全貌,因此,需要对用于实验拍摄的原始二维图像进行图像信息分割重组的预变换处理,使得观察者在适当的距离观察时仍可看到满足合成立体要求的完整图像。本论文的实验工作主要包括四个步骤：第一,根据激光直写合成全息要求制作相应的全息光学元件；第二,建立三维模型,渲染输出原始二维图像序列；第三,进行图像预变换处理,对原始二维图像序列进行切割重组,以得到符合激光直写拍摄要求的新的二维图像序列；第四,搭建全视差合成全息图的激光直写拍摄光路,拍摄全视差合成全息图。本文的工作重点是：第一,制作针对全视差的全息光学元件；第二,根据合成全息原理研究相应算法,利用计算机编程实现图像预变换处理；第三,研究全视差合成全息图拍摄方法,优化改进全息光路,并完成全视差合成全息图的拍摄。通过实验,得到了具有较大观察视场的数字图像合成全息图,可以在白光下获得具有全视差的再现象,真实再现立体场景,可作为高质量的立体显示媒介。实验结果表明,本论文方法有利于合成全息图的自动化、产业化大批量生产,利用这种技术还可以通过拼接的方法制作大面积显示全息图,从而解决了大面积全息图制作的种种困难,是一种高质量的全息显示技术。本论文工作验证了激光直写方法拍摄全视差合成全息图的可行性,给出了全视差合成全息图全自动商业化生产的拍摄系统方案,为最终实现大面积全视差合成全息显示做了基础性研究,并为下一阶段拍摄真彩色全视差合成全息图提供了详细可靠的技术依据。论文研究的完成对解决国内大面积大视场合成全息图全自动拍摄问题,赶上世界前沿大面积合成显示全息图的商业化生产和商业化应用的进程,具有现实的意义。

全文目录


摘要  5-7
Abstract  7-11
0 前言  11-19
  0.1 全息术的出现和发展  11-13
  0.2 合成全息技术的诞生  13-14
  0.3 数字图像合成全息技术  14-15
  0.4 国内外全视差合成全息技术的发展现状  15-17
  0.5 论文的创新点和结构安排  17-19
1 激光直写制作全视差合成全息图的原理  19-29
  1.1 视差原理  19-22
    1.1.1 单眼视差原理  19-20
    1.1.2 双眼视差原理  20-22
  1.2 全息摄影技术原理  22-24
    1.2.1 合成全息两步法拍摄原理  22-23
    1.2.2 激光直写合成全息原理  23-24
  1.3 图像预变换原理  24-26
  1.4 图像变换的实现方法  26-29
2 实验过程  29-45
  2.1 实验系统  29-30
  2.2 实验方案  30-31
  2.3 实验参数的确定  31
  2.4 全息光学元件的制作  31-34
    2.4.1 传统光学元件的不足  31-32
    2.4.2 全息光学元件制作方法  32-34
  2.5 数字图像合成全息图三维场景的制作和采样  34-40
    2.5.1 创建三维模型  35-36
    2.5.2 材质编辑  36-37
    2.5.3 确定模拟摄像机的位置  37-38
    2.5.4 二维图像采样  38-39
    2.5.5 渲染输出  39-40
  2.6 图像预变换  40-42
  2.7 激光直写合成全息实验  42-45
3 实验结果及分析  45-49
  3.1 全息图再现像视场分析  45-47
    3.1.1 两步法视场分析  45-46
    3.1.2 激光直写全息图视场分析  46-47
  3.2 再现图像畸变分析  47-48
  3.3 全息光学元件视场角分析  48-49
4 工作意义和前景展望  49-51
  4.1 论文的工作意义  49
  4.2 前景展望  49-51
参考文献  51-54
致谢  54-55
个人简历  55
发表的学术论文  55

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中图分类: > 数理科学和化学 > 物理学 > 光学 > 信息光学 > 全息光学
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