專(zhuān)利名稱(chēng)：一種為具有隨機(jī)尋址的全息顯示裝置生成視頻全息圖的方法
一種為具有隨機(jī)尋址的全息顯示裝置生成視頻全息圖的方
法 本發(fā)明涉及一種為具有隨機(jī)尋址的全息顯示裝置生成視頻全息圖的方法。 實(shí)現(xiàn)本方法的裝置稱(chēng)之為內(nèi)容生成裝置(content generation means)。根據(jù)本方
法，內(nèi)容生成裝置生成在全息顯示裝置中顯示(^presentation)所必需的全息值，因此可
以理解為數(shù)據(jù)源?？梢詫⑺傻娜⒅抵苯觽鬏?shù)饺@示裝置或者存儲(chǔ)在數(shù)字存儲(chǔ)裝置中。 將具有隨機(jī)尋址的全息顯示裝置理解為數(shù)據(jù)接收器并且提供根據(jù)本方法或內(nèi)容 生成裝置生成的全息數(shù)據(jù)的全息顯示。 由于在硬件組件和計(jì)算方法方面做出的進(jìn)步，全息圖的實(shí)時(shí)重建在許多重要應(yīng)用 中的適用性已經(jīng)得到驗(yàn)證。數(shù)字全息術(shù)(digital holography)中的主要挑戰(zhàn)是處理每一 幅圖像的數(shù)據(jù)量，該數(shù)據(jù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)視頻信息的數(shù)據(jù)量。如此大的數(shù)據(jù)量對(duì)存儲(chǔ)介質(zhì) 和數(shù)據(jù)傳輸裝置，例如網(wǎng)絡(luò)組件和總線(xiàn)系統(tǒng)，提出了更高的要求。傳統(tǒng)視頻數(shù)據(jù)的傳輸和處 理已經(jīng)對(duì)這些資源提出了很多要求。 全息顯示裝置實(shí)質(zhì)上基于這樣的原理亞全息圖由要重建的場(chǎng)景的每個(gè)物點(diǎn)一起 形成，并且整個(gè)全息圖借助于至少一個(gè)光調(diào)制器裝置由亞全息圖疊加形成，在光調(diào)制器裝 置上將被分成物點(diǎn)的場(chǎng)景編碼成整個(gè)全息圖，并且場(chǎng)景可以作為重建從位于視頻全息圖的 重建的一個(gè)周期性區(qū)間內(nèi)的可見(jiàn)區(qū)看到。 一般說(shuō)來(lái)，此原理是主要重建將由物體發(fā)射到一 個(gè)或多個(gè)可見(jiàn)區(qū)的波陣面。 具體地，這樣的裝置基于這樣的原理重建單個(gè)物點(diǎn)僅需要亞全息圖作為在光 調(diào)制器裝置上編碼的整個(gè)全息圖的子集。全息顯示裝置包含至少一個(gè)屏幕裝置(screen means)。屏幕裝置是編碼場(chǎng)景的全息圖的光調(diào)制器本身，或者是在光調(diào)制器上編碼的場(chǎng)景 的全息圖或波陣面投射到其上的光學(xué)元件，如透鏡或反射鏡。 在本申請(qǐng)文件中，術(shù)語(yǔ)"光調(diào)制器裝置"或者"SLM"指通過(guò)轉(zhuǎn)換(switching)、選通 (gating)或調(diào)制由一個(gè)或多個(gè)獨(dú)立光源發(fā)出的光束的方式來(lái)控制光的強(qiáng)度、色彩和/或相 位的裝置。全息顯示裝置典型地包含通過(guò)調(diào)節(jié)穿過(guò)顯示面板的光的振幅和/或相位重建物 點(diǎn)的可控像素矩陣。光調(diào)制器裝置包含這樣的矩陣。光調(diào)制器裝置可以例如是聲光調(diào)制器 (acousto-optic modulator)AOM或連續(xù)型調(diào)制器。通過(guò)振幅調(diào)制的方式進(jìn)行全息圖重建的 一個(gè)實(shí)施例可以利用液晶顯示器(LCD)。本發(fā)明還涉及用于將充分相干光調(diào)制成波陣面或 調(diào)制成光波輪廓的另外的可控裝置。 術(shù)語(yǔ)"像素"指光調(diào)制器的可控全息像素，其表示全息點(diǎn)的離散值并且被離散地尋 址和控制。每個(gè)像素表示全息圖的全息點(diǎn)。就LC顯示器來(lái)說(shuō)，像素是可離散控制的顯示器 像素。就DMD(數(shù)字微鏡裝置(DigitalMicro-mirror Device))來(lái)說(shuō)，例如DLP(數(shù)字光處 理器(Digital LightProcessor))，像素是可離散控制的微鏡或這種微鏡的小組群。就連續(xù) 的空間光調(diào)制器裝置來(lái)說(shuō)，像素是表示全息點(diǎn)的虛構(gòu)區(qū)。就彩色顯示來(lái)說(shuō)，典型地將像素再 分為多個(gè)表示基色(primary colours)的子像素。 術(shù)語(yǔ)"變換"應(yīng)理解為包括任何與變換相同或近似的數(shù)學(xué)或者計(jì)算技術(shù)。數(shù)學(xué)意
4義上的變換僅僅是物理過(guò)程的逼近，其可以通過(guò)麥克斯韋(Maxwellian)波動(dòng)方程更加精 確地描述。像菲涅耳(Fresnel)變換或者以傅立葉(Fourier)變換著稱(chēng)的變換的特殊群的 變換描述二階逼近。變換通常用代數(shù)或者非微分方程表示，因此可以應(yīng)用公知的計(jì)算工具 進(jìn)行有效且高性能地處理。此外，可以利用光學(xué)系統(tǒng)對(duì)它們進(jìn)行精密地模仿。
從內(nèi)容生成單元，即數(shù)據(jù)源和可視化模塊(visualisation module)(例如作為數(shù) 據(jù)接收器的LCD或CRT監(jiān)視器)傳送圖像數(shù)據(jù)按照慣例運(yùn)作，使得圖像的整個(gè)內(nèi)容從頂部 到底部逐行輸出，像是使用傳統(tǒng)的管監(jiān)視器一樣。這不會(huì)對(duì)HDTV監(jiān)視器分辨率生成問(wèn)題， 因?yàn)榭梢酝ㄟ^(guò)標(biāo)準(zhǔn)接口，例如數(shù)字視頻接口 (Digital Visual Interface) (DVI)或高清晰 度多媒體接口 (High Definition Multimedia Interface) (HDMI)，將所需的數(shù)據(jù)量足夠快 地傳送。 內(nèi)容生成的裝置，即數(shù)據(jù)源，例如是實(shí)現(xiàn)3D渲染管道(3D renderingpipeline)的 圖形卡(graphics cards)或圖形子系統(tǒng)。3D渲染圖形管道說(shuō)明為顯示在監(jiān)視器上而從三 維場(chǎng)景的矢量、數(shù)學(xué)描述到幀緩沖器中的像素化圖像數(shù)據(jù)的路徑。三維圖像數(shù)據(jù)包含深度 信息，通常還包含關(guān)于材料和表面性能的附加信息。例如，在該管道中完成屏幕坐標(biāo)到裝置 坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換、材質(zhì)貼圖(texturing)、裁切(cli卯ing)和圖形保真(anti-aliasing)。表 示三維場(chǎng)景的二維投射、并且存儲(chǔ)在圖形適配器的幀緩沖器中的像素化圖像包含監(jiān)視器屏 幕，例如LC顯示器的可控像素的像素值。全息管道由3D渲染圖形管道的結(jié)果生成用于在 全息顯示裝置上顯示的復(fù)全息值。 全息顯示裝置需要的像素的量比傳統(tǒng)的二維顯示器大得多，因此對(duì)于全息值來(lái)說(shuō) 數(shù)據(jù)量大得多。本發(fā)明的目的是提供一種明顯減少為視頻全息圖所生成的數(shù)據(jù)量。數(shù)據(jù)源， 即內(nèi)容生成裝置，和數(shù)據(jù)接收器，即全息顯示裝置，它們之間將要傳送的數(shù)據(jù)量因此減至最 少。因此，數(shù)字存儲(chǔ)介質(zhì)中需要為視頻全息圖存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量也會(huì)減少。此外，會(huì)提供全息顯 示裝置以確保在不損失品質(zhì)還減少數(shù)據(jù)量的情況下顯示序列。本方法會(huì)利用公知的數(shù)據(jù)存 儲(chǔ)和傳送裝置?？晒芾淼臄?shù)據(jù)量將有助于提高視頻全息圖的認(rèn)可和分布。
在公知技術(shù)領(lǐng)域所描述的傳送過(guò)程中，全部數(shù)據(jù)從內(nèi)容生成裝置，即數(shù)據(jù)源，以每 一幅圖像或每個(gè)序列的視頻幀地傳送到全息顯示裝置，即數(shù)據(jù)接收器。這意味著傳送了全 部全息信息，包括那些沒(méi)有從一幅圖像變?yōu)橄乱环鶊D像的信息碎片。因?yàn)槿D在三維空 間內(nèi)重建物點(diǎn)，所以足以知曉與之前的視頻幀相比，視頻幀中哪一個(gè)物點(diǎn)已經(jīng)改變。更改具 體涉及位置，還涉及色彩和強(qiáng)度。 根據(jù)本發(fā)明的生成視頻全息圖的方法尤其適合于具有至少一個(gè)光調(diào)制器裝置的 全息顯示裝置，在該光調(diào)制器裝置上，被分為物點(diǎn)的場(chǎng)景編碼成整個(gè)全息圖，并且場(chǎng)景可以 作為重建從位于重建的視頻全息圖的一個(gè)周期性區(qū)間內(nèi)的可見(jiàn)區(qū)看到，亞全息圖由可見(jiàn)區(qū) 連同將要重建的場(chǎng)景的每個(gè)物點(diǎn)確定，并且整個(gè)全息圖由亞全息圖的疊加而形成。這樣的 具有光調(diào)制器裝置的全息顯示裝置基于這樣的原理在至少一個(gè)可見(jiàn)區(qū)中疊加用場(chǎng)景的物 點(diǎn)信息調(diào)制的波陣面?？梢?jiàn)區(qū)的確定已經(jīng)由上述內(nèi)容給出。 此外，該原理的優(yōu)點(diǎn)是場(chǎng)景的單個(gè)物點(diǎn)的重建僅需要作為在光調(diào)制器裝置上編碼 的整個(gè)全息圖的子集的亞全息圖。每個(gè)單一物點(diǎn)由一個(gè)亞全息圖創(chuàng)造，其位置依賴(lài)于物點(diǎn) 的位置，其大小依賴(lài)于觀(guān)察者位置。下面將光調(diào)制器裝置上的亞全息圖區(qū)稱(chēng)為調(diào)制區(qū)。調(diào) 制區(qū)是重建物點(diǎn)所需要的光調(diào)制器裝置的子區(qū)域(sub-region)。同時(shí)，為了重建物點(diǎn)，調(diào)制區(qū)確定光調(diào)制器上的哪些像素必須尋址。如果物點(diǎn)是固定在空間中的物點(diǎn)，則調(diào)制區(qū)將保
持在固定位置。這意味著將要重建的物點(diǎn)依賴(lài)于觀(guān)察者位置而改變位置。依賴(lài)于觀(guān)察者位
置的調(diào)制區(qū)的改變?cè)试S物點(diǎn)在固定位置編碼，即，其在空間中的位置不依賴(lài)于觀(guān)察者位置
而改變。就本發(fā)明而言，可以類(lèi)似地利用這些原理。根據(jù)最簡(jiǎn)單的實(shí)施例，調(diào)制區(qū)的中心位
于貫穿將要重建的物點(diǎn)和可見(jiàn)區(qū)的中心的直線(xiàn)上。在最簡(jiǎn)單的實(shí)施例中，基于交線(xiàn)定理確
定調(diào)制區(qū)的大小，其中，可見(jiàn)區(qū)通過(guò)將要重建到光調(diào)制器裝置的物點(diǎn)追溯。 同樣，如果較好地利用了亞全息圖，則表示光調(diào)制器的最小可控單元的像素不僅
包含單一亞全息圖的信息，而且，由于疊加的結(jié)果，還包含多個(gè)亞全息圖的信息。
本發(fā)明基于這樣的思想在圖像序列中，生成現(xiàn)在可見(jiàn)的物點(diǎn)和現(xiàn)在被其它物點(diǎn)
覆蓋的物點(diǎn)的差分亞全息圖，反之亦然。 有關(guān)觀(guān)察者眼睛的可見(jiàn)度，由以下確定差分亞全息圖(還參照以下附圖和實(shí)施 例) 參(a)通過(guò)在當(dāng)前圖像中消失的物點(diǎn)的亞全息圖與在之前圖像中被覆蓋并且現(xiàn) 在可見(jiàn)的物點(diǎn)的亞全息圖的差值，或者，反之亦然， 參(b)通過(guò)在當(dāng)前圖像中現(xiàn)在可見(jiàn)的物點(diǎn)的亞全息圖與在之前圖像中被其它物 點(diǎn)覆蓋的物點(diǎn)的亞全息圖的差值，并且 參(c)在不改變可見(jiàn)度的情況下，通過(guò)在固定的物點(diǎn)位置改變色彩和強(qiáng)度的亞全 息圖，以及/或者描述這些改變的數(shù)據(jù)。 通?？梢詫⑽稂c(diǎn)的位移理解為對(duì)應(yīng)點(diǎn)的出現(xiàn)和消失并且其包括在前述的可見(jiàn)度 的區(qū)別的情況中。再者，這樣的情況還包括沒(méi)有對(duì)物點(diǎn)提供背景的情況。在這種情況下，差 分亞全息圖表示物點(diǎn)對(duì)應(yīng)的亞全息圖。 對(duì)于可見(jiàn)度不改變的固定物點(diǎn)來(lái)說(shuō)，色彩和/或強(qiáng)度的改變最好由描述性數(shù)據(jù)或 者，如有必要，由對(duì)應(yīng)的亞全息圖來(lái)確定。 根據(jù)本發(fā)明，為每個(gè)差分亞全息圖生成描述性數(shù)據(jù)。描述性數(shù)據(jù)通常用于使差分 亞全息圖的處理、并且最終顯示在全息顯示裝置中變得有可能、可控或者變得更為方便。描 述性數(shù)據(jù)例如包含差分亞全息圖的大小、光調(diào)制器上的位置、像素區(qū)、存儲(chǔ)器部分標(biāo)記、索 引標(biāo)記等。因此描述性數(shù)據(jù)允許高性能處理，例如，因?yàn)樗枰拇鎯?chǔ)器部分標(biāo)記能夠使數(shù) 據(jù)快速存取。此外，描述性數(shù)據(jù)例如用于將差分亞全息圖的地址范圍讀取到全息顯示裝置 的屏幕緩沖中，或者在高性能情況下確定地址范圍。因此可以在高性能情況下填充這些存 儲(chǔ)器部分，以便可以最終尋址光調(diào)制器的對(duì)應(yīng)像素。描述性數(shù)據(jù)和差分亞全息圖為一個(gè)點(diǎn) 相結(jié)合從而創(chuàng)造差分?jǐn)?shù)據(jù)。 根據(jù)本發(fā)明，在生成全息圖數(shù)據(jù)的過(guò)程中做了進(jìn)一步的優(yōu)化。控制單元以?xún)?yōu)化的 方式確定其生成差分?jǐn)?shù)據(jù)更加有利，還是可選擇地生成整個(gè)全息圖，即整個(gè)圖像內(nèi)容，更加 有禾U。如果圖像內(nèi)容已經(jīng)實(shí)質(zhì)上改變，例如像剪切之后的情況，則必須傳送對(duì)應(yīng)于物點(diǎn)的大 量差分?jǐn)?shù)據(jù)。在這樣的情況下，可能更努力傳送數(shù)據(jù)或者處理這么多量的數(shù)據(jù)，而不需要傳 送或處理整個(gè)圖像的整個(gè)全息圖。整個(gè)全息圖最好在這樣的情況下生成?？梢砸匀魏雾樞?生成、存儲(chǔ)和傳送差分?jǐn)?shù)據(jù)，因?yàn)楦鶕?jù)本發(fā)明，差分亞全息圖以描述性數(shù)據(jù)的形式附有處理 所需的信息，如前所述。與公知的可視化系統(tǒng)中嚴(yán)格的逐行生成或者傳送相比，根據(jù)本發(fā)明 的方法允許隨機(jī)生成，因此允許隨機(jī)傳送和存儲(chǔ)。最好將差分?jǐn)?shù)據(jù)立即傳送，即，在它們已經(jīng)被計(jì)算后立即傳送到數(shù)據(jù)接收器，例如，傳送到全息顯示裝置。還可以將多個(gè)點(diǎn)的差分?jǐn)?shù) 據(jù)組合成數(shù)據(jù)包。根據(jù)本發(fā)明，將這些所生成的數(shù)據(jù)，即，差分亞全息圖和對(duì)應(yīng)的描述性數(shù) 據(jù)，提供給數(shù)字存儲(chǔ)裝置或直接傳送到全息顯示裝置。 根據(jù)本發(fā)明的方法確保了視頻全息圖所需的數(shù)據(jù)量可以明顯地減少。本發(fā)明的優(yōu) 點(diǎn)具體是全息顯示裝置的光調(diào)制器的較高分辨率、更經(jīng)常的單個(gè)差分亞全息圖，即，明顯更 少的數(shù)據(jù)量、而不是整個(gè)全息圖要傳送或存儲(chǔ)。為了提供全息顯示的無(wú)暇品質(zhì)，還可以在已 確定的間隔中傳送整個(gè)全息圖。 明顯更少的數(shù)據(jù)量允許視頻序列在傳統(tǒng)的數(shù)字存儲(chǔ)介質(zhì)上存儲(chǔ)。由于本發(fā)明的具 體優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和因特網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送的努力明顯減少。 根據(jù)本發(fā)明的延續(xù)，對(duì)描述性數(shù)據(jù)額外地提供允許差分亞全息圖分配到較好地實(shí) 現(xiàn)全息圖原理的不同全息顯示裝置的廣義信息(generalisedinformation)。根據(jù)協(xié)議可以 建立或商定作為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。 基于根據(jù)本發(fā)明的本方法和數(shù)據(jù)源，將全息顯示裝置理解為接收單元。因此，為 了基于根據(jù)本發(fā)明已經(jīng)生成的視頻全息數(shù)據(jù)顯示全息圖，必需將裝置和方法提供給全息顯 示裝置。全息顯示裝置包含至少一個(gè)屏幕裝置。屏幕裝置是編碼場(chǎng)景的全息圖的光調(diào)制 器本身，或者是在光調(diào)制器上編碼的場(chǎng)景的全息圖或波陣面投射到其上的光學(xué)元件，如透 鏡或反射鏡。可見(jiàn)區(qū)中場(chǎng)景重建的屏幕裝置和相應(yīng)原理的定義在由申請(qǐng)人提交的其它專(zhuān) 利文件中進(jìn)行了描述。在W0 2004/044659和W0 2006/027228號(hào)專(zhuān)利文件中，光調(diào)制器 本身形成屏幕裝置。在W0 2006/119760號(hào)，名稱(chēng)為"用于場(chǎng)景的全息重建的投射裝置和 方法(Projection device and method forhologr即hic reconstruction of scenes)，， 的專(zhuān)利文件中，屏幕裝置是在光調(diào)制器上編碼的全息圖所投射到其上的光學(xué)元件。在DE 10 2006 004 300號(hào)"用于場(chǎng)景的全息重建的投射裝置(Projection device for the hologr即hicreconstruction of scenes)"的專(zhuān)利文件中，屏幕裝置是在光調(diào)制器上編碼 的場(chǎng)景的波陣面所投射到其上的光學(xué)元件。由申請(qǐng)人提交的W02006/066919號(hào)專(zhuān)利文件描 述了上述用于計(jì)算視頻全息圖的方法。 全息顯示裝置包含屏幕存儲(chǔ)器或?qū)?yīng)的允許讀取像素值的存儲(chǔ)器構(gòu)架。因此借助 于像素值尋址光調(diào)制器裝置的像素。屏幕存儲(chǔ)器是圖形卡的存儲(chǔ)器，其中設(shè)置有用于屏幕 輸出的數(shù)據(jù)。還可以將其稱(chēng)為視頻RAM (VRAM)。 根據(jù)本方法，主要將差分?jǐn)?shù)據(jù)，而不是整個(gè)全息圖，為每個(gè)視頻幀傳送到全息顯示 裝置。根據(jù)本發(fā)明，全息顯示裝置還包含分離器。分離器是計(jì)算裝置，其一方面在根據(jù)本方 法生成的數(shù)據(jù)流中檢測(cè)差分?jǐn)?shù)據(jù)，并且另一方面從對(duì)應(yīng)的描述性數(shù)據(jù)中分離差分亞全息圖 的數(shù)據(jù)。借助于描述性數(shù)據(jù)，分離器確保例如將差分亞全息圖寫(xiě)入屏幕存儲(chǔ)器的各個(gè)存儲(chǔ) 器部分，并且進(jìn)而將其提供給光調(diào)制器裝置。 光調(diào)制器典型地是有源矩陣顯示器(active matrix display)，為了不丟失信息， 其必須不斷地刷新其像素值。如果僅將這些圖像內(nèi)容傳送到已經(jīng)改變的光調(diào)制器，信息將 在該區(qū)丟失，圖像內(nèi)容不變。因此保持不變的物點(diǎn)不再出現(xiàn)。在這樣的光調(diào)制器中，每個(gè)刷 新循環(huán)中的屏幕存儲(chǔ)器中的整個(gè)圖像內(nèi)容必須是可以得到的，因?yàn)樵谝粋€(gè)刷新循環(huán)中整個(gè) 圖像內(nèi)容從屏幕存儲(chǔ)中讀取，以便相應(yīng)地尋址或刷新像素。 根據(jù)本發(fā)明，將差分亞全息圖的數(shù)據(jù)同時(shí)寫(xiě)入屏幕存儲(chǔ)器。這就是建議用能夠同
7時(shí)讀取和寫(xiě)入的特殊的屏幕存儲(chǔ)器或合適的存儲(chǔ)器構(gòu)架的原因。其確保一方面在寫(xiě)入模式
中存儲(chǔ)新的差分亞全息圖(SD)，而且同時(shí)在讀取模式中讀取整個(gè)屏幕存儲(chǔ)器并且將該信息
傳送到光調(diào)制器用于尋址像素。建議最好利用雙端口 RAMs作為屏幕存儲(chǔ)器。 差分亞全息圖最好在利用高分辨率的顯示裝置時(shí)生成。根據(jù)本發(fā)明的方法可以減
少?gòu)膬?nèi)容生成裝置傳送到全息顯示裝置的數(shù)據(jù)量。類(lèi)似地，對(duì)存儲(chǔ)裝置和傳輸裝置的要求
也較佳地減少。公知的存儲(chǔ)介質(zhì)允許存儲(chǔ)長(zhǎng)的視頻序列。公知的傳送裝置，例如英特網(wǎng)、
LAN、 WLAN、 DVI 、 HDMI等，類(lèi)似地確保了高性能傳送。 現(xiàn)借助實(shí)施例并結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明，其中 圖la表示全息顯示裝置所基于的原理， 圖lb表示用于呈現(xiàn)的點(diǎn)的差分亞全息圖， 圖lc表示用于消失的點(diǎn)的差分亞全息圖， 圖2表示本方法的流程圖，以及 圖3表示全息顯示裝置的流程圖。 現(xiàn)借助附圖詳細(xì)說(shuō)明從亞全息圖中生成復(fù)全息值的特定較佳方法，其中 圖Bl表示全息顯示裝置所基于的原理，以及表示物點(diǎn)的調(diào)制區(qū)， 圖B2a是具有包含透鏡和棱鏡的投射元件的顯示裝置的側(cè)視圖， 圖B2b表示調(diào)制區(qū)和垂直有效的棱鏡， 圖B2c表示調(diào)制區(qū)和水平有效的棱鏡， 圖B3表示根據(jù)本發(fā)明的方法的流程圖，以及 圖B4表示在全息平面后面重建物點(diǎn)的可選擇的方法。 圖la表示用于一個(gè)觀(guān)察者的全息顯示裝置(HAE)所基于的一般原理。該原理因而 適用于多個(gè)觀(guān)察者。觀(guān)察者的位置由其眼睛或其瞳孔(VP)的位置來(lái)表征。該裝置包含光 調(diào)制器裝置(SLM)，為了簡(jiǎn)化起見(jiàn)，本實(shí)施例中該光調(diào)制器裝置與屏幕裝置(B)相同；并且 該裝置疊加在至少一個(gè)可見(jiàn)區(qū)(VR)內(nèi)用場(chǎng)景(3D-S)的物點(diǎn)信息調(diào)制的波陣面。將可見(jiàn)區(qū) 追蹤到眼睛。場(chǎng)景(3D-S)的單一物點(diǎn)(0P)的重建僅需要一個(gè)亞全息圖(SH)作為在光調(diào) 制器裝置(SLM)上編碼的整個(gè)全息圖(H E SU()的子集。調(diào)制區(qū)(MR)是光調(diào)制器(SLM)上 的亞全息圖區(qū)。從該圖中可以看出，調(diào)制區(qū)(MR)僅包含光調(diào)制器裝置(SLM)的小部分。根 據(jù)最簡(jiǎn)單的實(shí)施例，調(diào)制區(qū)(MR)的中心位于穿過(guò)將要重現(xiàn)的物點(diǎn)(0P)并穿過(guò)可見(jiàn)區(qū)(VR) 中心的直線(xiàn)上。在最簡(jiǎn)單的實(shí)施例中，基于交線(xiàn)定理確定調(diào)制區(qū)(MR)的大小，通過(guò)要被重 建到光調(diào)制器裝置(SLM)的物點(diǎn)(0P)追溯可見(jiàn)區(qū)(VR)。此外，重建該物點(diǎn)所需的光調(diào)制器 裝置(SLM)上的這些像素的索引因此可以確定。 如圖lb所示，在與之前的圖像相比的序列當(dāng)前圖像(Pn)中出現(xiàn)新物點(diǎn)(OPN)，然 而，如圖所示，所述新物點(diǎn)覆蓋了之前圖像(Pn-1)中可見(jiàn)的物點(diǎn)(OPX)，結(jié)果最初可見(jiàn)的物 點(diǎn)現(xiàn)在根據(jù)觀(guān)察者的可見(jiàn)度變得不可見(jiàn)。在這種情況下，將差分亞全息圖(SD = SHN-SHX) 確定為物點(diǎn)(OPX)的亞全息圖(SHX)與點(diǎn)(OPN)的亞全息圖(SHN)之差，并且因此可以對(duì) 其進(jìn)行計(jì)算。 如圖lc所示，在與之前的圖像相比的序列當(dāng)前圖像(Pn)中物點(diǎn)(OPX)消失，結(jié) 果，如圖所示，已經(jīng)不可見(jiàn)并且隱藏在之前圖像(Pn-1)中的物點(diǎn)(OPN)現(xiàn)在根據(jù)觀(guān)察者的 可見(jiàn)度變得可見(jiàn)。在這種情況下，將差分亞全息圖(SD = SHN-SHX)確定為消失物點(diǎn)(OPX)的亞全息圖(SHX)與最新可見(jiàn)的物點(diǎn)(OPN)的亞全息圖(SHN)之差，并且因此可以對(duì)其進(jìn) 行計(jì)算。 下面在不參照某一附圖的情況下對(duì)不同色彩和/或強(qiáng)度的固定物點(diǎn)的第三種情 況進(jìn)行說(shuō)明。這里的差分亞全息圖描述對(duì)應(yīng)的色彩或強(qiáng)度信息。然而，借助描述性數(shù)據(jù)通 常足以具體說(shuō)明這些改變。 為差分亞全息圖生成并存儲(chǔ)附加的描述性數(shù)據(jù)。描述性數(shù)據(jù)包含允許或有利于顯 示裝置的屏幕存儲(chǔ)器中差分亞全息圖的分配的信息。正如圖4中所示那樣，描述性數(shù)據(jù)包 含差分亞全息圖的位置和大小，并且最好還包含用于像素區(qū)、存儲(chǔ)器部分等的附加索引。
圖2表示方法的流程圖。第一步驟中，為序列的當(dāng)前圖像計(jì)算之前圖像的差值。例 如通過(guò)3D渲染圖形管道計(jì)算這些數(shù)據(jù)。此外，提供觀(guān)察者的位置_更精確地，提供觀(guān)察者 眼睛瞳孔的位置或者覆蓋眼睛瞳孔的可見(jiàn)區(qū)的位置。這些準(zhǔn)備步驟中，控制裝置(CU)優(yōu)化 并且確定是生成經(jīng)修改的物點(diǎn)的差分?jǐn)?shù)據(jù)較好，還是生成整個(gè)圖像的整個(gè)全息圖較好。如 果圖像內(nèi)容實(shí)質(zhì)上不同，正如剪切之后的情況一樣，則生成整個(gè)全息圖(HESU()比較好。否 則，將為每個(gè)經(jīng)修改的物點(diǎn)計(jì)算差分亞全息圖。 與圖lb和圖lc所描述的內(nèi)容類(lèi)似，根據(jù)可見(jiàn)度區(qū)分新的、現(xiàn)在可見(jiàn)點(diǎn)是否出現(xiàn)， 曾經(jīng)可見(jiàn)的物點(diǎn)是否消失，或者具有未改變可見(jiàn)度的固定點(diǎn)的色彩和/或強(qiáng)度是否已經(jīng)改 變。與圖lb和圖lc所描述的內(nèi)容類(lèi)似，將差分亞全息圖作為可見(jiàn)與不可見(jiàn)物點(diǎn)的亞全息 圖之間的差值計(jì)算。分析地計(jì)算亞全息圖或者最好將其從查找表格中尋回。分析方法例如 基于根據(jù)文件W02006/066919的原理，其中亞全息圖最好可以借助該方法從查找表格中尋 回。 由申請(qǐng)人提交的WO 2006/066919號(hào)專(zhuān)利文件描述了一種計(jì)算視頻全息圖的方 法。具體地，利用該方法并且借助計(jì)算機(jī)的輔助通過(guò)執(zhí)行以下步驟來(lái)計(jì)算物點(diǎn)的亞全息圖 的全息值 參從每個(gè)斷層場(chǎng)景剖面的每個(gè)目標(biāo)數(shù)據(jù)集中，為觀(guān)察者平面計(jì)算分離的二維波場(chǎng)
分布形式的衍射圖像，該觀(guān)察者平面位于距剖面有限距離并平行于剖面，其中為至少一個(gè) 共用可見(jiàn)區(qū)計(jì)算所有剖面的波場(chǎng)， 參將所有剖面層的計(jì)算的分布相加，以確定相對(duì)于觀(guān)察者平面參考的數(shù)據(jù)集中的
可見(jiàn)區(qū)的總波場(chǎng)，以及 參為了為場(chǎng)景的共用計(jì)算機(jī)生成全息圖生成全息數(shù)據(jù)集，將參考數(shù)據(jù)集變換到位
于距參考平面有限距離并平行于參考平面的全息平面內(nèi)，其中光調(diào)制器裝置位于全息平面 內(nèi)。 在第三種情況下，即，在色彩和/或強(qiáng)度改變的固定物點(diǎn)的情況下，還可以確定色 彩或強(qiáng)度改變的差分亞全息圖。然而，借助描述性參數(shù)通常足以描述這些改變。
在以下步驟中計(jì)算用于差分亞全息圖的描述性數(shù)據(jù)。正如從圖la中可以看出或 者得知，這些數(shù)據(jù)包含光調(diào)制器裝置(SLM)上的差分全息圖的位置和大小以及索引部分、 存儲(chǔ)器部分、地址范圍等等。全息顯示裝置(HAE)最好包含差分亞全息圖所必需的屏幕存 儲(chǔ)器(VRAM)的存儲(chǔ)器部分和地址范圍。通常，這些描述性數(shù)據(jù)使得在光調(diào)制器上的顯示能 夠?qū)崿F(xiàn)、對(duì)其進(jìn)行控制或者有利于在光調(diào)制器上顯示。這里假設(shè)全息顯示裝置的初始化數(shù) 據(jù)，尤其是光調(diào)制器的初始化數(shù)據(jù)是已知的。這些數(shù)據(jù)例如由全息顯 裝置尋回或者讀取。對(duì)于描述性數(shù)據(jù)，就此方面參照?qǐng)D3，對(duì)這里由全息顯示裝置生成的數(shù)據(jù)的處理進(jìn)行描述。 物點(diǎn)的差分亞全息圖(SD)以及對(duì)應(yīng)的描述性數(shù)據(jù)(SD_IND) —同形成現(xiàn)在所提供的差分?jǐn)?shù) 據(jù)(D)，進(jìn)一步數(shù)據(jù)壓縮后如有必要，立刻將其提供到存儲(chǔ)裝置、傳輸裝置或者提供到全息 顯示裝置。 圖3表示全息顯示裝置(HAE)的原理圖并且說(shuō)明在不損失品質(zhì)的前提下顯示根據(jù) 本方法所生成的視頻全息圖的原理。根據(jù)本方法，顯示裝置的輸入數(shù)據(jù)包含對(duì)應(yīng)于物點(diǎn)并 且由描述性數(shù)據(jù)(SD_IND)以及差分亞全息圖(SD)組成的差分?jǐn)?shù)據(jù)(D)。利用描述性數(shù)據(jù)， 物點(diǎn)的差分?jǐn)?shù)據(jù)包含進(jìn)一步處理所必需的任何數(shù)據(jù)。差分?jǐn)?shù)據(jù)在圖中由點(diǎn)索引"3"、"126" 和"1056"示例性示出，意味著可以以隨機(jī)順序傳送差分?jǐn)?shù)據(jù)。 顯示裝置包含光調(diào)制器裝置(SLM)。從屏幕存儲(chǔ)器(VRAM)中讀取用于尋址光調(diào)制 器裝置(這里僅示意性示出)的像素值的數(shù)據(jù)。
顯示裝置還包含 參分離器(SX)，作為檢測(cè)差分?jǐn)?shù)據(jù)(D)并將它們分離成描述性數(shù)據(jù)(SD_IND)和差 分亞全息圖(SD)的數(shù)據(jù)的裝置，以及 參根據(jù)屏幕存儲(chǔ)器(VRAM)中的描述性數(shù)據(jù)(SD_IND)描述差分亞全息圖(SD)的 數(shù)據(jù)的裝置。 計(jì)算差分亞全息圖的存儲(chǔ)器部分或地址范圍的附加計(jì)算裝置(IC)可能是必需 的，除非該信息整個(gè)地包含在描述性數(shù)據(jù)中。這些計(jì)算裝置(IC)最好與分離器(SX)結(jié)合。
屏幕存儲(chǔ)器(VRAM)保持像素值，以便該值還可以為隨后的顯示間隔而保持，直到 它們被新的值覆蓋。 在本實(shí)施例中，光調(diào)制器(SLM)是有源矩陣顯示器(active matrixdisplay)，其 為了不丟失信息必須不斷地刷新其像素值。每個(gè)刷新循環(huán)中，必須將屏幕存儲(chǔ)器(VRAM)中 的整個(gè)圖像內(nèi)容提供給光調(diào)制器。因此刷新循環(huán)中的整個(gè)圖像內(nèi)容從屏幕存儲(chǔ)器中讀取， 并且對(duì)像素尋址或者刷新。這就是建議用能夠同時(shí)讀取和寫(xiě)入的特殊屏幕存儲(chǔ)器(VRAM) 的原因。從圖中可以看出，一方面確保將新的差分亞全息圖(SD)在寫(xiě)入模式中存儲(chǔ)，而同 時(shí)在讀取模式中讀取整個(gè)屏幕存儲(chǔ)器(VRAM)的內(nèi)容并且將該信息傳送到光調(diào)制器(SLM) 用于尋址其像素。對(duì)于該類(lèi)型的屏幕存儲(chǔ)器，可以利用雙端口 RAMs或者具有相似功能原理 并能夠同時(shí)讀取和寫(xiě)入的其它存儲(chǔ)器技術(shù)。本圖中，亞全息圖的像素區(qū)為將要處理的差分 數(shù)據(jù)示例性地表示在光調(diào)制器(SLM)上。因此可以再次看到單一物點(diǎn)的重建僅需要亞全息 圖作為在光調(diào)制器(SLM)上編碼的整個(gè)全息圖(H E SU()的子集。 以下借助圖Bl到B4說(shuō)明生成亞全息圖的特定較佳方法。該方法基于具有色彩和 深度信息的三維場(chǎng)景(3D-S)，其由多個(gè)物點(diǎn)組成。同樣，如果較好地利用亞全息圖，表示光 調(diào)制器的最小可控單元的像素不僅包含單一亞全息圖的信息，而且，由于疊加的結(jié)果，還包 含多個(gè)亞全息圖的信息。 較佳的方法基于這樣的思想亞全息圖的復(fù)全息值在光調(diào)制器裝置的調(diào)制區(qū)中 從將要重建的物點(diǎn)的波陣面中計(jì)算，其中對(duì)投射元件的透射函數(shù)或調(diào)制函數(shù)進(jìn)行計(jì)算和分 析，其在調(diào)制區(qū)中模型化并且將要重建的物點(diǎn)位于其焦點(diǎn)上。全息平面由屏幕裝置的位置 確定，為了簡(jiǎn)化，以下描述中屏幕裝置將是光調(diào)制器本身。 根據(jù)本方法的較佳實(shí)施例，投射元件包括處在全息平面內(nèi)具有焦距f并且傾斜放置的透鏡。傾斜透鏡由相對(duì)于全息平面來(lái)說(shuō)沒(méi)有傾斜的透鏡以及在水平方向和垂直方向都 有效的棱鏡組成。嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，棱鏡不確定亞全息圖，因?yàn)橛捎跓o(wú)焦點(diǎn)棱鏡功能，沒(méi)有物點(diǎn)被重建。 然而，為了保持本發(fā)明思想的清晰，將這樣描述，因?yàn)槔忡R還將其部分貢獻(xiàn)給調(diào)制 范圍內(nèi)的復(fù)全息值。以下以透鏡和棱鏡的例子詳細(xì)說(shuō)明本方法。當(dāng)然，本方法還可以獨(dú)立 地應(yīng)用于透鏡或棱鏡；在這種情況下，處理步驟或?qū)?yīng)的術(shù)語(yǔ)不再實(shí)施或者可以忽略。為了 計(jì)算亞全息圖的復(fù)值，對(duì)于場(chǎng)景的每個(gè)可見(jiàn)物點(diǎn)來(lái)說(shuō)，本方法的詳細(xì)設(shè)計(jì)包含以下步驟
A:如上所述確定調(diào)制區(qū)的大小和位置，但是，然后對(duì)該調(diào)制區(qū)給定局部坐標(biāo)系，其 中原點(diǎn)處在其中心位置，x軸表示橫坐標(biāo)，y軸表示縱坐標(biāo)。"a"是調(diào)制區(qū)的半寬，"b"是調(diào) 制區(qū)的半高，這些區(qū)間邊界包括在以下術(shù)語(yǔ)中。
B :確定全息平面內(nèi)透鏡的亞全息圖
Bl :確定透鏡的焦距f : 透鏡的焦距f最好是將要重建的物點(diǎn)距全息平面的垂線(xiàn)距離(normal distance)。 B2 :透鏡對(duì)應(yīng)的亞全息圖的復(fù)值 利用等式Z^二 e^{+/-i*[(Ji/Af)*(X2+y2)]}確定對(duì)應(yīng)的亞全息圖的復(fù)值，其中 入是參比波長(zhǎng)，f是焦距，(x，y)是對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)對(duì)。這里的負(fù)號(hào)是由于凹透鏡的特征。凸透 鏡由正號(hào)標(biāo)識(shí)。 B3:由于x軸和y軸的對(duì)稱(chēng)性，足以在一個(gè)象限內(nèi)確定復(fù)值并且通過(guò)利用符號(hào)規(guī)則 將該復(fù)值應(yīng)用到其它象限。
C :確定全息平面內(nèi)棱鏡(P)的亞全息圖 所選擇的棱鏡貫穿橫坐標(biāo)或縱坐標(biāo)，如附圖所示。 Cl :確定具有水平有效方向的棱鏡(PH)的線(xiàn)性因子Cx，線(xiàn)性因子Cx在區(qū)間 x G [-a，a]內(nèi)由以下等式描述
Cx = M* (2 Ji /入)
其中M是棱鏡的傾角。 C2 :確定具有垂直有效方向的棱鏡(PV)的線(xiàn)性因子Cy，線(xiàn)性因子Cy在區(qū)間 y G [-b，b]內(nèi)由以下等式描述
Cy = N* (2 Ji /入)
其中N是棱鏡的傾角。
C3 :確定組合棱鏡的對(duì)應(yīng)的亞全息圖的復(fù)值
對(duì)應(yīng)的亞全息圖的復(fù)值通過(guò)疊加兩個(gè)棱鏡項(xiàng)確定
ZP = exp {i* [Cx* (x_a) +Cy* (y-b) ]}
疊加的棱鏡貫穿局部坐標(biāo)系的原點(diǎn)。 C4:如果全息顯示裝置顯示出將光源投射進(jìn)入可見(jiàn)區(qū)的特征，棱鏡項(xiàng)可以去掉。
D :調(diào)制透鏡和棱鏡的亞全息圖 為了確定組合的全息圖，將透鏡和棱鏡的復(fù)值復(fù)合相乘
ZSH = ZL*ZP
或者，象征性地，
11
SH = SHL*SHP E:隨機(jī)相位的應(yīng)用 為了確保可見(jiàn)區(qū)內(nèi)均勻的亮度分布，向從步驟D得到的每個(gè)經(jīng)調(diào)制的亞全息圖分 配隨機(jī)相位。通過(guò)復(fù)乘將隨機(jī)相位增加到亞全息圖
ZSH := ZSH exp(i①。)
或者，象征性地，
SH := SH exp(i①Q(mào)) 將隨機(jī)相位單獨(dú)地分配到每個(gè)亞全息圖。概括地，所有亞全息圖的隨機(jī)相位最好
是均勻分布的。 F:強(qiáng)度調(diào)制 向復(fù)值給出附加倍增因子，其表示強(qiáng)度或亮度
ZSH = C*ZSH
或者，象征性地，
SH:=C*SH; G:如果計(jì)算整個(gè)全息圖，將對(duì)亞全息圖進(jìn)行疊加以形成整個(gè)全息圖。在簡(jiǎn)單的實(shí)
施例中，考慮到亞全息圖的位置，將亞全息圖復(fù)合地增加到整個(gè)全息圖中。
整個(gè)全息圖=所有的亞全息圖的復(fù)合總和，并且HESLM=ESHi 或者，象征性地， ZSLM = E ZSHi (就整個(gè)坐標(biāo)系而言)。 本方法最好僅用于可見(jiàn)物點(diǎn)。物點(diǎn)的可見(jiàn)度作為3D渲染圖形管道對(duì)場(chǎng)景渲染處 理的結(jié)果確定，并且其依賴(lài)于觀(guān)察者的位置，即眼睛瞳孔的位置，因此，來(lái)自追蹤到瞳孔位 置的可見(jiàn)區(qū)的位置。 詳細(xì)的說(shuō)明涉及最可能的解決方案的計(jì)算。如果降低的重建品質(zhì)可以接受或者甚 至是所需要的，當(dāng)然可以用更加簡(jiǎn)單的函數(shù)項(xiàng)代替上述函數(shù)項(xiàng)。然而，可以看出為了改善 重建品質(zhì)，應(yīng)用了更新的處理步驟。例如可以選擇透鏡或者棱鏡以校正光調(diào)制器裝置等的 像差、公差。同樣還可以應(yīng)用于示例性提到的用于確定調(diào)制區(qū)的方法。
從基于

圖1的圖Bl可以看出，對(duì)調(diào)制區(qū)(MR)給出一坐標(biāo)系統(tǒng)，坐標(biāo)系統(tǒng)的原點(diǎn)在 其中心，x軸表示橫坐標(biāo)，y軸表示縱坐標(biāo)。調(diào)制區(qū)(MR)具有半寬"a"和半高"b"。
圖B2a是全息顯示裝置(HAE)的側(cè)視圖，表示本方法的一般原理。與圖Bl類(lèi)似， 調(diào)制區(qū)(MR)來(lái)源于可見(jiàn)區(qū)(VR)。該區(qū)處在全息平面(HE)內(nèi)，全息平面內(nèi)設(shè)置有光調(diào)制器 (SLM)。向調(diào)制區(qū)給出上述的坐標(biāo)系。在這里由聚焦透鏡(L)和棱鏡(P)組成的投射元件 (OS)位于調(diào)制區(qū)(MR)內(nèi)。該圖僅表示垂直有效的棱鏡楔(prism wedge)，并且所示的投射 元件(OS)在全息平面(HE)的前方以使物體更加清楚。 圖B2b表示在調(diào)制區(qū)(MR)前方的垂直有效的棱鏡楔(HI)，連同所用的坐標(biāo)和尺 寸。因此這里的棱鏡楔貫穿縱坐標(biāo)。 圖B2c類(lèi)似地表示垂直有效的棱鏡楔(PV)，其貫穿橫軸。兩個(gè)棱鏡楔如下所述疊 加。 圖B3表示較佳方法的流程圖。該方法的起點(diǎn)是由多個(gè)物點(diǎn)(OP)組成的三維場(chǎng)景(3D-S)。色彩和深度信息對(duì)物點(diǎn)(OP)來(lái)說(shuō)是可以利用的?；谖稂c(diǎn)的深度信息、根據(jù)觀(guān)察 者的位置，即觀(guān)察者眼睛瞳孔的位置確定物點(diǎn)的可見(jiàn)度。步驟(A)中，為每個(gè)可見(jiàn)物點(diǎn)確定 全息平面(HE)內(nèi)或者光調(diào)制器裝置上各個(gè)調(diào)制區(qū)(MR)的大小和位置。根據(jù)本發(fā)明的思想， 將要重建的物點(diǎn)(OP)理解為位于全息平面內(nèi)的投射元件的焦點(diǎn)。這里的投射元件理解為 聚焦透鏡(L)以及如圖2b和2c所示的垂直或水平有效的棱鏡(ra，PV)的組合。步驟(Bl) 中，為每個(gè)可見(jiàn)物點(diǎn)確定的透鏡(L)的焦距因此作為物點(diǎn)(OP)作為距全息平面(HE)的垂 線(xiàn)距離。步驟(B2)中，利用以下等式確定對(duì)應(yīng)的亞全息圖(SHL)的復(fù)值
ZL = exp {-i* [ (Ji / A f) * (x2+y2) ]} 其中A是參比波長(zhǎng)，f是焦距，(x， y)是對(duì)應(yīng)的局部坐標(biāo)對(duì)。對(duì)坐標(biāo)系的定義如 前所述。 步驟(C)中，確定全息平面內(nèi)棱鏡(P)的亞全息圖(SHP)。利用等式Cx二M^2ji/ 入)確定具有水平有效方向的棱鏡(PH)的線(xiàn)性因子Cx，其中M是棱鏡的傾角。以類(lèi)似的等 式求得垂直有效棱鏡的線(xiàn)性因子Cy，但是傾角為N。通過(guò)疊加兩個(gè)棱鏡項(xiàng)確定對(duì)應(yīng)的亞全 息圖(SHP)的復(fù)值 SHP : = ZP = exp {i* [Cx* (x_a) +Cy* (y_b) ]} 如果全息顯示裝置顯示出將光源投射進(jìn)入可見(jiàn)區(qū)(VR)的特征，一個(gè)棱鏡項(xiàng)可以去掉。 既然透鏡(L)的亞全息圖(SHL)和棱鏡的亞全息圖(SHP)是可以得到的，它們 在步驟(D)中疊加，以通過(guò)透鏡的復(fù)值和棱鏡的復(fù)值的復(fù)合相乘而形成組合的亞全息圖 (SH): ZSH = ZL*ZP
或者，象征性地，
SH=SHL*SHP 步驟(E)中，對(duì)亞全息圖(SH)給出均勻分布的隨機(jī)相位。
步驟(F)中，執(zhí)行強(qiáng)度調(diào)制，亞全息圖(SH)與強(qiáng)度因子相乘
ZSH = C*ZSH
或者，象征性地，
TH:=C*TH 正如所需，物點(diǎn)(OP)的已組合的亞全息圖(SH)現(xiàn)在完全可以得到。 附加的處理步驟(G)中，可以增加物點(diǎn)的亞全息圖以形成整個(gè)全息圖(H E SU()。
物點(diǎn)的單個(gè)亞全息圖(SHi)是可疊加的并且復(fù)合地增加，以形成整個(gè)全息圖(HE SU()。 整個(gè)全息圖=物點(diǎn)的所有亞全息圖的復(fù)合總和 HESLM=ESHi 或者 ZSU( = E Zshi (就整個(gè)坐標(biāo)系而言)。 整個(gè)全息圖(H E SU()表示所有物點(diǎn)的全息圖。因此其表示并且重建了整個(gè)場(chǎng)景 (3D-S)。 借助于本方法，可以利用目前商業(yè)化的標(biāo)準(zhǔn)硬件組件對(duì)在重建空間中任意位置 的物點(diǎn)生成用于交互式實(shí)時(shí)全息重建的亞全息圖。較佳的方法最好用于確定亞全息圖并且用這些亞全息圖填充查找表格。與根據(jù)本發(fā)明的方法和裝置類(lèi)似，較佳的方法適用于 還較好利用亞全息圖的原理的優(yōu)點(diǎn)的全息顯示裝置。其具體地包括，正如前述那樣，在WO 2004/044659、 W02006/027228、 WO 2006119760和DE 10 2006 004 300中說(shuō)明的裝置。 0143] 附圖標(biāo)記說(shuō)明
HAE 全息顯示裝置 B HAE的屏幕裝置
SLM HAE的光調(diào)制器裝置
VRAM HAE的屏幕存儲(chǔ)器
SX HAE的分離器
IC HAE的計(jì)算裝置
3D-S 場(chǎng)景，由物點(diǎn)組成
VR 可見(jiàn)區(qū) OP 物點(diǎn)，一般的 OPn， OPn+l，...物點(diǎn)，具有標(biāo)記索引 OPN 新近可見(jiàn)的/當(dāng)前的物點(diǎn)
舊的物點(diǎn) 亞全息圖，一般的 亞全息圖，一般的，有索引的 差分亞全息圖 新物點(diǎn)的亞全息圖 舊物點(diǎn)的亞全息圖 調(diào)制區(qū)
差分亞全息圖的描述性數(shù)據(jù)
作為差分亞全息圖和描述性數(shù)據(jù)的組合的差分?jǐn)?shù)據(jù)
整個(gè)全息圖 序列圖像 字列的圖像序列
0144] 0145] 0146] 0147] 0148] 0149] 0150] 0151] 0152] 0153] 0154] 0155] 0156] 0157] 0158] 0159] 0160] 0161] 0162] 0163] 0164] 0165] 0166] 0167]
OPX SH SHi SD SHN SHX MR
SD—IND D
H E SLM Pn
Pn-l， Pn， Pn+1 CU
權(quán)利要求
一種為具有至少一個(gè)光調(diào)制器裝置(SLM)的全息顯示裝置(HAE)生成視頻全息圖的方法，在該光調(diào)制器裝置上，被分為物點(diǎn)(OP)的場(chǎng)景(3D-S)編碼成總?cè)D(H∑SLM)，并且場(chǎng)景(3D-S)可以作為從位于重建的視頻全息圖的一個(gè)周期性區(qū)間內(nèi)的可見(jiàn)區(qū)(VR)看到，亞全息圖(SH)由可見(jiàn)區(qū)(VR)連同將要重建的場(chǎng)景(3D-S)的每個(gè)物點(diǎn)(OP)確定，并且總?cè)D(H∑SLM)由亞全息圖(SH)的疊加而形成，其中在用于每幅圖像的圖像內(nèi)容序列中●生成不同于序列的隨后的圖像(Pn-1，Pn)的物點(diǎn)的差分亞全息圖(SD)，其中有關(guān)觀(guān)察者眼睛的可視度(VP)，通過(guò)以下確定差分亞全息圖(SD)●(a)通過(guò)在當(dāng)前圖像(Pn)中消失的物點(diǎn)(OPX)的亞全息圖(SHX)與在之前圖像(Pn-1)中被覆蓋并且現(xiàn)在可見(jiàn)的物點(diǎn)(OPN)的亞全息圖(SHN)的差值，或者●(b)通過(guò)在當(dāng)前圖像(Pn)中現(xiàn)在可見(jiàn)的物點(diǎn)(OPN)的亞全息圖(SHN)與在之前圖像(Pn-1)中被其它物點(diǎn)覆蓋的物點(diǎn)(OPX)的亞全息圖(SHX)的差值，并且●(c)在不改變可見(jiàn)度的情況下，在物點(diǎn)位置改變色彩和強(qiáng)度的亞全息圖，或者描述這些改變的數(shù)據(jù)，將所生成的數(shù)據(jù)提供給存儲(chǔ)裝置或者傳送到全息顯示裝置(HAE)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，生成包含差分亞全息圖(SD)和對(duì)應(yīng)的描 述性數(shù)據(jù)(SD_IND)的差分?jǐn)?shù)據(jù)(D)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，差分亞全息圖(SD)的描述性數(shù)據(jù)(SD_ IND)包含使得在光調(diào)制器(SLM)上的顯示能夠?qū)崿F(xiàn)、對(duì)其進(jìn)行控制或者有利于在光調(diào)制器 (SLM)上顯示的數(shù)據(jù)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，描述性數(shù)據(jù)(SD_IND)至少包括光調(diào)制器 裝置(SLM)上的差分亞全息圖(SD)的位置和大小。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，描述性數(shù)據(jù)(SD_IND)包括關(guān)于差分亞全 息圖(SD)所必需的全息顯示裝置(HAE)的屏幕存儲(chǔ)器(VRAM)的存儲(chǔ)器部分或地址范圍的信息。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，對(duì)應(yīng)于物體的觀(guān)察者位置的亞全息圖從 至少一個(gè)查找表格(LUT)中尋回。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，計(jì)算物點(diǎn)的亞全息圖的全息值，或者在 已確定的空間內(nèi)，預(yù)先對(duì)每個(gè)可能的物點(diǎn)在一個(gè)或多個(gè)查找表格中生成亞全息圖的對(duì)應(yīng)條 目，其中，在計(jì)算機(jī)的協(xié)助下執(zhí)行以下步驟參從每個(gè)斷層場(chǎng)景剖面的每個(gè)目標(biāo)數(shù)據(jù)集中，為觀(guān)察者平面計(jì)算分離的二維波場(chǎng)分布 形式的衍射圖像，該觀(guān)察者平面位于距剖面有限距離并平行于剖面，其中為至少一個(gè)共用 可見(jiàn)區(qū)計(jì)算所有剖面的波場(chǎng)，參將所有剖面層的計(jì)算的分布相加，以確定相對(duì)于觀(guān)察者平面參考的數(shù)據(jù)集中的可見(jiàn) 區(qū)的總波場(chǎng)，以及參為了為場(chǎng)景的共用計(jì)算機(jī)生成全息圖生成全息數(shù)據(jù)集，將參考數(shù)據(jù)集變換到位于距參考平面有限距離并平行于參考平面的全息平面內(nèi)，其中光調(diào)制器裝置位于全息平面內(nèi)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，計(jì)算物點(diǎn)的亞全息圖的全息值，或者在 已確定的空間內(nèi)，預(yù)先對(duì)每個(gè)可能的物點(diǎn)在一個(gè)或多個(gè)查找表格中生成亞全息圖的對(duì)應(yīng)條目，其中亞全息圖(SH)的復(fù)全息值在光調(diào)制器裝置的調(diào)制區(qū)(MR)中從將要重建的物點(diǎn) (OP)的波陣面中計(jì)算，其中對(duì)投射元件(OS)的透射函數(shù)或調(diào)制函數(shù)進(jìn)行計(jì)算和分析，其在 調(diào)制區(qū)(MR)中模型化并且將要重建的物點(diǎn)(OP)位于其焦點(diǎn)上。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，投射元件(OS)包含至少一個(gè)透鏡(L)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的方法，其特征在于，投射元件(OS)還包含至少一個(gè)棱鏡(P)。
11. 根據(jù)前述一個(gè)或多個(gè)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，物點(diǎn)的差分?jǐn)?shù)據(jù)(D)以隨 機(jī)順序生成。
12. 根據(jù)前述一個(gè)或多個(gè)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，控制裝置(CU)優(yōu)化并且 確定是計(jì)算差分?jǐn)?shù)據(jù)(D)，還是可選擇地計(jì)算圖像的總?cè)D(H E SU()。
13. 根據(jù)前述一個(gè)或多個(gè)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，在一個(gè)或多個(gè)物點(diǎn)的差分 數(shù)據(jù)(D)生成后，立即將其傳送到全息顯示裝置(HAE)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1到13中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的方法，其特征在于，將復(fù)全息值轉(zhuǎn)換成 光調(diào)制器裝置(SLM)的像素值。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，將復(fù)全息值轉(zhuǎn)換成伯克哈特分量、二相 位分量或其它任意合適的編碼。
16. 具有隨機(jī)尋址的全息顯示裝置，其利用根據(jù)權(quán)利要求1到15中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述 的方法，其特征在于，其包含至少一個(gè)屏幕存儲(chǔ)器(VRAM)，從該屏幕存儲(chǔ)器中讀取用于控制 至少一個(gè)光調(diào)制器裝置(SLM)的像素的像素值，其中，在圖像序列中僅將隨后圖像的改變 的像素值寫(xiě)入屏幕存儲(chǔ)器。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的全息顯示裝置，至少包含參分離器(SX)，作為檢測(cè)差分?jǐn)?shù)據(jù)(D)并將它們分成描述性數(shù)據(jù)(SD_IND)以及差分亞 全息圖(SD)的數(shù)據(jù)的裝置，參根據(jù)描述性數(shù)據(jù)(SD_IND)計(jì)算差分亞全息圖(SD)所必需的屏幕存儲(chǔ)器(VRAM)中 的存儲(chǔ)器部分或地址范圍的裝置，以及參根據(jù)描述性數(shù)據(jù)(SD_IND)將差分亞全息圖(SD)的數(shù)據(jù)寫(xiě)入到為光調(diào)制器裝置 (SLM)存儲(chǔ)像素值直到它們被覆蓋的屏幕存儲(chǔ)器(VRAM)中的裝置。
18. 根據(jù)權(quán)利要求16或17所述的全息顯示裝置，其特征在于，屏幕存儲(chǔ)器(VRAM)允許 同時(shí)寫(xiě)入差分亞全息圖(SD)的像素值和為光調(diào)制器裝置讀取像素值。
19. 根據(jù)權(quán)利要求16到18中的一項(xiàng)所述的全息顯示裝置，具有屏幕裝置(B)，其特征 在于，屏幕裝置(B)是在其上編碼場(chǎng)景(3D-S)的全息圖的光調(diào)制器(SLM)本身，或者是在 光調(diào)制器上編碼的場(chǎng)景的全息圖或波陣面投射到其上的光學(xué)元件。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的全息顯示裝置，其特征在于，光學(xué)元件是透鏡或反射鏡。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種為具有至少一個(gè)光調(diào)制器裝置(SLM)的全息重建裝置(HAE)生成視頻全息圖的方法，其中分為物點(diǎn)(OP)的場(chǎng)景(3D-S)作為整個(gè)全息圖(H∑SLM)編碼，并且可以作為重建從位于重建的視頻全息圖的一個(gè)周期性區(qū)間內(nèi)的可見(jiàn)區(qū)(VR)看到?？梢?jiàn)區(qū)(VR)，連同將要重建的場(chǎng)景(3D-S)的每個(gè)物點(diǎn)(OP)確定亞全息圖(SH)，并且從亞全息圖(SH)的疊加中生成整個(gè)全息圖(H∑SLM)，其中圖像內(nèi)容序列中，最好為每幅圖像生成物點(diǎn)的差分亞全息圖(SD)，不同于根據(jù)隨后的序列圖像(Pn-1，Pn)中的觀(guān)察者位置(VP)的可見(jiàn)度。顯示裝置(HAE)包含盡管數(shù)據(jù)量明顯減少、但提供高品質(zhì)視頻全息圖的裝置。
文檔編號(hào)G03H1/22GK101711377SQ200880016210
公開(kāi)日2010年5月19日 申請(qǐng)日期2008年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月16日
發(fā)明者亞歷山大·史威特鈉, 阿明·史威特納 申請(qǐng)人:視瑞爾技術(shù)公司