1 清华大学精密仪器系,激光与光子技术研究所,北京 100084
2 时空信息精密感知技术全国重点实验室,北京 100084
3 陆军装甲兵学院信息通信系,北京 100072
全息体视图可利用光学打印、计算机生成方法获得,具有制作简单、视觉效果真实等特点,有望应用在大幅面全息显示、增强现实(AR)和虚拟现实(VR)等领域中。介绍全息体视图光学打印技术的写入方法的发展和打印装置的更新,以及计算全息体视图中计算方法的迭代和计算速度的提升,讨论了当前面临的挑战,并对全息体视图的未来发展进行了展望。
三维显示 全息体视图 打印技术 计算方法 激光与光电子学进展
2024, 61(2): 0211006
1 苏州科技大学 物理科学与技术学院 江苏省微纳热流技术与能源应用重点实验室,江苏 苏州 215009
2 北京联合大学 数理部,北京 100101
相位是描述光波状态的重要参数,但却无法直接观察。本文基于哈特曼探测器的波前快速探测功能,研究了光波相位三维显示的方法,并研制出相位三维显示系统。首先,利用Zemax软件对系统的光源、准直透镜等光学参数进行优化设计;然后,基于模式法波前重构理论,根据探测的Zernike多项式离焦量和像散项系数,实现了对3个不同类型镜片的相位三维显示,并给出相应屈光度的测量方法;最后,实验验证了光波相位的三维显示和屈光度测量的有效性,-2.00 D的近视镜测量值为-2.07 D,1.00 D的远视镜测量值为0.91 D,0.50 D的散光镜测量值为0.56 D。实验结果表明,此系统能够较准确地测量屈光矫正镜的屈光度,并实现相位的三维显示。本文设计的基于哈特曼探测器的相位三维显示方法具有更好的环境适应能力,便于研究者直观观测光的相位分布。
哈特曼探测器 光波相位 三维显示 屈光不正 Hartmann detector light wave phase three-dimensional display ametropia
1 北京理工大学光电学院,北京 100081
2 北京市混合现实与新型显示工程技术研究中心,北京 100081
3 光电成像技术与系统教育部重点实验室,北京 100081
全息三维显示技术能有效地重建三维物体的波前,并为人眼提供完整的深度线索,已经成为三维显示领域的研究热点。相比于光学全息,计算全息通过计算机模拟全息图的记录过程,并采用可刷新的空间光调制器替代传统的光学记录材料作为全息图的承载媒介,因而成为理想的实现实时全息三维显示的技术方案。然而,复杂三维场景数据量巨大、空间光调制器调制能力不足以及全息三维显示系统展示度不高等问题仍阻碍了实时全息三维显示的发展。为了克服这些不足,研究者们在算法和硬件两方面做出了许多创新工作。本文综述了实时全息三维显示的进展。首先概述了全息术的基本原理和发展简史,接着详细介绍了全息图快速计算方法和针对现有空间光调制器的波前编码方法,然后讨论了深度学习对实时全息三维显示做出的贡献并介绍了一些典型的全息显示系统,最后对实时全息三维显示的未来发展进行了展望。
全息三维显示 计算全息 全息图 深度学习 光学学报
2023, 43(15): 1509001
1 中山大学电子与信息工程学院光电材料与技术国家重点实验室,广东 广州 510275
2 中山大学物理学院,广东 广州 510275
近眼小孔因对入射瞳孔光束光斑尺寸的有效约束而被用于基于时序复用的超多视图显示,可以实现较大的景深,但小的尺寸也导致一个近眼小孔所能实现视角的严重受限。设计多组近眼小孔时序选通,通过同组不同近眼小孔各自对应显示区域的拼连,可以有效解决各时间点仅通过一个近眼小孔观察时所面临的视角受限问题;但各近眼小孔对应显示区域出射光通过非对应小孔出射,又引入串扰噪声这一新问题。针对头戴式显示,设计同组相邻近眼小孔具有相异正交特性的多组近眼小孔,利用各显示区域所出射正交特性光被其对应小孔的相邻小孔屏蔽的特性,解决同组相邻小孔间的串扰问题。搭建验证性头戴式超多视图显示系统,在由M个一维条状小孔构建的一个近眼小孔组中,设计相邻2个近眼小孔,分别仅允许偏振方向相互垂直的光通过;基于视觉滞留效应,利用T个近眼小孔组的时序选通,实现单眼T个视点的超多视图显示。相对于一个时间点仅一个近眼小孔选通的情况,近眼小孔组使视角得到M倍的扩展。受制于所使用的常规投影透镜,仅取M=3进行验证时,视角扩展为19.7°。
三维显示 超多视图 视角扩展 条状小孔 激光与光电子学进展
2022, 59(20): 2011015
1 上海理工大学光电信息与计算机工程学院上海市现代光学系统重点实验室,上海 200093
2 上海理工大学光电信息与计算机工程学院光学仪器与系统教育部工程中心,上海 200093
3 东南大学电子科学与工程学院信息显示与可视化国际合作联合实验室,江苏 南京 210096
随着元宇宙概念的逐渐火爆,用于虚拟现实和增强现实(VR/AR)的可穿戴近眼显示设备也获得了巨大的关注。一款终极的VR/AR头戴式设备必须将显示器、传感器和处理器集成在一个紧凑的外壳中,人们可以长时间舒适地佩戴,同时提供良好的沉浸式体验和友好的人机交互体验。面向视觉舒适度的设计理念对于下一代VR/AR设备至关重要。在众多可以提供三维视觉效果的显示技术中,全息显示技术能够提供包含所有三维观看线索的真实自然的三维显示效果,同时由于其衍射成像的特点在人眼视觉像差矫正及保持紧凑外形尺寸等方面都具有独特的优势,成为了未来近眼显示设备的潜在理想技术方案。在这篇综述中,从视觉舒适度的角度调研和总结了全息近眼显示技术的最新进展。首先在视觉感知的背景下介绍了人眼视觉系统,随后对全息近眼显示在动眼眶、视场角、散斑噪声、三维波前计算和全彩色显示等有关视觉舒适度的研究方向进行了全面综述,最后总结和讨论了全息近眼显示技术在未来的潜在应用场景。
成像系统 全息显示 近眼显示 增强现实 三维显示 激光与光电子学进展
2022, 59(20): 2011001
光学 精密工程
2022, 30(15): 1775
1 浙江师范大学 信息光学研究所,浙江 金华 321004
2 浙江省光信息检测与显示技术研究重点实验室,浙江 金华 321004
提出了一种数字全息图(DH)与计算机制全息图(CGH)结合的虚实混合场景全息三维显示方法。首先采用无透镜傅里叶变换数字全息图记录真实场景三维信息。接着根据空间光调制器像素间距对DH进行采样频率变换。然后在频域对变换后的DH进行高通滤波及场景的缩放、面内旋转、平移等操作。最后采用双极强度法计算虚拟场景的CGH。计算中,将处理后的DH作为双极强度叠加的初始值,从而实现了真实和虚拟场景全息图的融合。搭建彩色动态全息三维显示系统对提出的方法进行了实验验证。对商用反射式液晶4 K投影仪进行了改造,实现了30 fps的彩色动态全息三维显示。实验结果表明所提出的方法实现了DH和CGH的高效融合,为虚实混合场景动态全息三维显示提供了一种有效途径。
三维显示 计算机制全息图 数字全息图 空间光调制器 虚实场景融合 three-dimensional display computer-generated hologram digital hologram spatial light modulator virtual and real scene fusion