三维图像的计算全息快速算法研究

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随着显示技术的不断发展,二维显示技术已无法满足人们对图像显示的要求,三维立体显示得到了越来越多的关注和研究。全息技术是一种真三维立体显示技术,其再现像能够提供真彩色和物体的全部景深,并且观看时不用佩戴任何设备。计算全息是光学全息技术随着现代计算机技术的不断发展,结合数字图像处理技术、空间光调制技术及自动化控制技术而产生的一种新的立体显示技术,有潜力发展为将来的三维显示的主流技术。目前计算全息技术还存在诸多问题阻碍其应用和发展,其中亟待解决的问题之一就是计算全息的计算速度问题。   论文首先分析了课题的研究背景及意义、国内外的研究现状等,并对全息技术的相关知识进行了介绍,重点研究了迂回位相编码技术和查找表算法:   迂回位相编码为面向衍射的编码方法,通过对该方法中的罗曼Ⅲ型编码方法进行深入研究,提出了双通道半色调编码方法:通过用两个圆形通光孔代替矩形孔,以两个圆孔面积及位置来记录两个物体的全息信息,降低了计算参数的数据量,提高了计算速度。记录的两个平面物体同时再现在同一衍射级的相同或不同方向上,在空间中完全分离开来,节省了全息图的传输带宽,增大了全息图所含的信息量。   在基于干涉的编码方法中,由于三维物体的信息量巨大,传统的查找表算法只适合计算只有水平视差的全息图,如果加上垂直视差的信息,查找表需要的存储空间将急剧增大,普通计算机根本无法满足其存储空间要求。为解决查找表的计算速度和存储空间问题,本文通过对查找表算法进行深入分析,研究出了一种改进的算法,称之为分离查找表(separate-Lookup table s-LUT)方法。该算法通过将物体抽样点的水平方向和垂直方向的查找表分开进行计算,得到两个分离的查找表,计算全息图时从两张表中分别查找对应的值,然后通过对这两个值的运算处理得到物体的计算全息图。该方法得到的全息图包含物体的全部视差信息,不但降低了计算查找表所需要的时间,并且明显降低了查找表占用的存储空间。同时通过对制作查找表的过程进行研究,发现计算查找表时的平方根及乘法运算大大降低了制作查找表的计算速度。而当满足一定条件时,可以将计算时的平方根和乘方等复杂运算转换成加减运算,这样就可进一步降低计算复杂度,提高计算查找表的速度,从而进一步降低制作计算全息图的综合时间。   以上几种算法均能提高全息图的计算效率,新的查找表方法还明显降低了查找表的存储空间要求,有助于计算全息图的传输和再现,对计算全息技术的应用和发展有一定的推动作用。  
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