一種基于自適應(yīng)變焦相機(jī)的全息實(shí)時(shí)獲取與投影系統(tǒng)技術(shù)方案

本發(fā)明專利技術(shù)提出一種基于自適應(yīng)變焦相機(jī)的全息實(shí)時(shí)獲取與投影系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括自適應(yīng)變焦相機(jī)、計(jì)算機(jī)、紅色激光器、綠色激光器、藍(lán)色激光器、濾波器1、濾波器2、濾波器3、傅里葉透鏡1、傅里葉透鏡2、傅里葉透鏡3、反射鏡、分束器1、分束器2、分束器3、SLM和接收屏；其中自適應(yīng)變焦相機(jī)由固體透鏡組1、液體透鏡組、固體透鏡組2、和CCD構(gòu)成。自適應(yīng)變焦相機(jī)是圖像獲取部分的關(guān)鍵部件，用于實(shí)時(shí)獲取真實(shí)物體的圖像。在全息再現(xiàn)部分中，三種顏色全息圖合成一幅彩色全息圖并與數(shù)字錐透鏡的相位進(jìn)行相加，生成最終的全息圖，衍射光經(jīng)分束器反射到接收屏上，接收到再現(xiàn)圖像。

A real-time holographic acquisition and projection system based on adaptive zoom camera

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種基于自適應(yīng)變焦相機(jī)的全息實(shí)時(shí)獲取與投影系統(tǒng)一、
本專利技術(shù)涉及一種全息投影技術(shù)，更具體地說，本專利技術(shù)涉及一種基于自適應(yīng)變焦相機(jī)的全息實(shí)時(shí)獲取與投影系統(tǒng)。二、
技術(shù)介紹
隨著信息時(shí)代的飛速發(fā)展，人們對(duì)信息顯示的需求逐漸增加，虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)顯示、微投影顯示和三維(3D)顯示等下一代顯示技術(shù)蓬勃發(fā)展并在教育、醫(yī)療和娛樂等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。其中微投影系統(tǒng)一般基于數(shù)字光處理技術(shù)(DLP)顯示面板，并使用多個(gè)固體透鏡組成的投影鏡頭來實(shí)現(xiàn)高清投影顯示。相較而言，全息投影技術(shù)通過在空間光調(diào)制器(SLM)上編碼相應(yīng)的灰度圖來再現(xiàn)物體的圖像，具有更高的光效率并可顯示3D圖像，還原真實(shí)的3D信息。因此，基于全息技術(shù)的微投影顯示引起了眾多的關(guān)注，在軍事、醫(yī)療等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。盡管全息投影技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛研究也取得了諸多科研成果，但是仍然需要解決一些問題：其一，難以實(shí)時(shí)獲取物體的深度信息，現(xiàn)有電荷耦合器件(CCD)相機(jī)難以滿足微投影顯示實(shí)時(shí)獲取3D物體的需求；其二，再現(xiàn)圖像的尺寸相對(duì)較小，且再現(xiàn)像中存在色差，難以實(shí)現(xiàn)色彩再現(xiàn)。因此亟需研究一種低成本和高度集成的全息實(shí)時(shí)獲取與投影系統(tǒng)。三、
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)提出一種基于自適應(yīng)變焦相機(jī)的全息實(shí)時(shí)獲取與投影系統(tǒng)。如附圖1所示，該系統(tǒng)包括自適應(yīng)變焦相機(jī)、計(jì)算機(jī)、紅色激光器、綠色激光器、藍(lán)色激光器、濾波器1、濾波器2、濾波器3、傅里葉透鏡1、傅里葉透鏡2、傅里葉透鏡3、反射鏡、分束器1、分束器2、分束器3、SLM和接收屏；其中自適應(yīng)變焦相機(jī)由固體透鏡組1、液體透鏡組、固體透鏡組2、和CCD構(gòu)成。本專利技術(shù)的一種基于自適應(yīng)變焦相機(jī)的全息實(shí)時(shí)獲取與投影系統(tǒng)包括圖像獲取部分和全息再現(xiàn)部分。自適應(yīng)變焦相機(jī)是圖像獲取部分的關(guān)鍵部件，用于實(shí)時(shí)獲取真實(shí)物體的圖像。自適應(yīng)變焦相機(jī)與計(jì)算機(jī)連接，將獲取到的真實(shí)物體的信息實(shí)時(shí)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中。自適應(yīng)變焦相機(jī)結(jié)構(gòu)如附圖2所示。液體透鏡組不僅具有變焦功能，而且在變焦過程中可以保持像面位置(L)固定不變。液體透鏡組中共有k個(gè)液體透鏡，其光焦度(φ1，φ2，…φk)可由以下公式表達(dá)：其中ni和ni'是填充在第i片變焦透鏡中的兩種液體的折射率，ri是第i片液體透鏡的液-液界面的曲率半徑，如附圖2(a)所示。當(dāng)外力作用在每個(gè)液體透鏡時(shí)，系統(tǒng)的有效焦距從長焦F1變?yōu)槎探笷2，如附圖2(b)所示。本專利技術(shù)中的自適應(yīng)變焦相機(jī)在保證后焦距L不變的同時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)變焦相機(jī)的有效焦距。在全息再現(xiàn)部分中，激光器、濾波器和傅里葉透鏡用于產(chǎn)生準(zhǔn)直光，反射鏡和分束器用于調(diào)整光束的角度，使準(zhǔn)直光能照射在SLM上。使用計(jì)算機(jī)將實(shí)時(shí)獲取的物體中紅色、綠色和藍(lán)色的信息分離開，分別計(jì)算三種顏色圖像的相位并實(shí)時(shí)生成對(duì)應(yīng)顏色的全息圖，將三種顏色全息圖合成一幅彩色全息圖并與數(shù)字錐透鏡的相位進(jìn)行相加，生成最終的全息圖，以實(shí)現(xiàn)大深度和多層面投影的效果。衍射光經(jīng)分束器反射到接收屏上，最終在接收屏上接收到再現(xiàn)圖像。優(yōu)選地，液體透鏡組中的液體透鏡為電潤濕驅(qū)動(dòng)液體透鏡、介電泳力驅(qū)動(dòng)液體透鏡、機(jī)械馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的彈性薄膜液體透鏡、磁控液體透鏡和電子肌肉驅(qū)動(dòng)的液體透鏡等。優(yōu)選地，液體透鏡組中的液體透鏡個(gè)數(shù)M1≥2。優(yōu)選地，接收屏到SLM的距離d1與數(shù)字錐透鏡的焦距f相等，數(shù)字錐透鏡的焦深D大于三種顏色再現(xiàn)像的軸向色差，三種顏色的準(zhǔn)直光分別照射SLM區(qū)域的三分之一，當(dāng)在SLM上加載最終的全息圖時(shí)，能在接收屏上看到真實(shí)物體的彩色再現(xiàn)圖像。四、附圖說明附圖1為本專利技術(shù)的一種基于自適應(yīng)變焦相機(jī)的全息實(shí)時(shí)獲取與投影系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖2為自適應(yīng)變焦相機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖2(a)是有效焦距為F1時(shí)自適應(yīng)變焦相機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖，附圖2(b)有效焦距為F2時(shí)自適應(yīng)變焦相機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖3為實(shí)施例中的自適應(yīng)變焦相機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。附圖3(a)有效焦距為32.26mm時(shí)自適應(yīng)變焦相機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖，附圖3(b)有效焦距為26.08mm時(shí)自適應(yīng)變焦相機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。上述各附圖中的圖示標(biāo)號(hào)為：(1)被拍攝物體、(2)自適應(yīng)變焦相機(jī)、(3)計(jì)算機(jī)、(4)紅色激光器、(5)綠色激光器、(6)藍(lán)色激光器、(7)濾波器1、(8)濾波器2、(9)濾波器3、(10)傅里葉透鏡1、(11)傅里葉透鏡2、(12)傅里葉透鏡3、(13)反射鏡、(14)分束器1、(15)分束器2、(16)分束器3、(17)SLM、(18)接收屏、(19)固體透鏡組1、(20)液體透鏡組1、(21)固體透鏡組2、(22)CCD。應(yīng)該理解上述附圖只是示意性的，并沒有按比例繪制。五、具體實(shí)施方式下面詳細(xì)說明本專利技術(shù)提出的一種基于自適應(yīng)變焦相機(jī)的全息實(shí)時(shí)獲取與投影系統(tǒng)的實(shí)施例，對(duì)本專利技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的描述。有必要在此指出的是，以下實(shí)施例只用于本專利技術(shù)做進(jìn)一步的說明，不能理解為對(duì)本專利技術(shù)保護(hù)范圍的限制，該領(lǐng)域技術(shù)熟練人員根據(jù)上述
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
對(duì)本專利技術(shù)做出一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整，仍屬于本專利技術(shù)的保護(hù)范圍。本專利技術(shù)的一個(gè)實(shí)施例為：實(shí)驗(yàn)中使用的紅、綠、藍(lán)三種顏色激光器的波長分別為671nm、532nm和473nm，傅里葉透鏡的焦距為300mm，SLM的刷新率為60Hz，SLM的分辨率和像素大小分別為1920×1080和6.4μm。液體透鏡組為電潤濕驅(qū)動(dòng)液體透鏡，有效成像孔徑為3.9mm。CCD的對(duì)角線尺寸為1/2.5英寸，CCD的像素大小為2.2μm。附圖3為本實(shí)施例中的自適應(yīng)變焦相機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖，根據(jù)仿真結(jié)果可得自適應(yīng)變焦相機(jī)的有效焦距變化范圍為32.26mm-26.08mm。使用誤差擴(kuò)散算法生成彩色全息圖，數(shù)字錐透鏡的焦距設(shè)置為500mm，焦深設(shè)置為200mm，接收屏與SLM的距離為500mm。通過使用數(shù)字錐透鏡，可以在焦深范圍內(nèi)投影出再現(xiàn)的圖像。當(dāng)接收屏的位置向后移動(dòng)200mm時(shí)，依然可以清晰地重現(xiàn)出被記錄物體的細(xì)節(jié)。使用該系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)獲取并再現(xiàn)出三維物體的圖像。本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種基于自適應(yīng)變焦相機(jī)的全息實(shí)時(shí)獲取與投影系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括自適應(yīng)變焦相機(jī)、計(jì)算機(jī)、紅色激光器、綠色激光器、藍(lán)色激光器、濾波器1、濾波器2、濾波器3、傅里葉透鏡1、傅里葉透鏡2、傅里葉透鏡3、反射鏡、分束器1、分束器2、分束器3、空間光調(diào)制器(SLM)和接收屏；其中自適應(yīng)變焦相機(jī)由固體透鏡組1、液體透鏡組、固體透鏡組2和CCD。/n

【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于自適應(yīng)變焦相機(jī)的全息實(shí)時(shí)獲取與投影系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括自適應(yīng)變焦相機(jī)、計(jì)算機(jī)、紅色激光器、綠色激光器、藍(lán)色激光器、濾波器1、濾波器2、濾波器3、傅里葉透鏡1、傅里葉透鏡2、傅里葉透鏡3、反射鏡、分束器1、分束器2、分束器3、空間光調(diào)制器(SLM)和接收屏；其中自適應(yīng)變焦相機(jī)由固體透鏡組1、液體透鏡組、固體透鏡組2和CCD。


2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于自適應(yīng)變焦相機(jī)的全息實(shí)時(shí)獲取與投影系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括圖像獲取部分和全息再現(xiàn)部分；自適應(yīng)變焦相機(jī)是圖像獲取部分的關(guān)鍵部件，用于實(shí)時(shí)獲取真實(shí)物體的圖像，自適應(yīng)變焦相機(jī)與計(jì)算機(jī)連接，將獲取到的真實(shí)物體的信息實(shí)時(shí)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中，液體透鏡組不僅具有變焦功能，而且在變焦過程中可以保持像面位置(L)固定不變；液體透鏡組中共有k個(gè)液體透鏡，其光焦度(φ1，φ2，…φk)可由以公式表達(dá)，其中ni和n'i是填充在第i片變焦透鏡中的兩種液體的折射率，ri是第i片液體透鏡的液-液界面的曲率半徑；自適應(yīng)變焦相機(jī)在保證后焦距L不變的同時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)變焦相機(jī)的有效焦距；在全息再現(xiàn)部分中，激光器、濾波器和傅里葉透鏡用于產(chǎn)生準(zhǔn)直光，反射鏡和分束器用于調(diào)整光...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉超，王瓊?cè)A，王迪，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：北京航空航天大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：北京;11