基于三维显示的计算机全息图算法研究

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计算全息与传统的全息记录方法相比,具有很大的优势,例如它制备简单,易于存储,可以计算虚拟对象等。因此,随着计算机技术的进一步发展,计算全息在三维显示领域发挥着越来越重要的作用。本论文重点研究了三维物体计算全息图的算法。  论文首先对三维计算全息中全息面的采样率与重建距离的关系进行了分析,并以此为基础,研究了基于非均匀傅里叶变换的算法计算多平面三维物体全息图和具有连续深度变化的三维物体全息图,并进行了数值模拟,验证了该方法的可行性,这为后续的研究奠定了基础。  其次,对全视角可缩放的三维物体的全息图算法进行了研究。分析了三维空间中物体与其衍射波前之间的频谱关系,通过基于三维傅里叶频谱的衍射算法来计算全息图。同时,打破传统的傅里叶变换中采样率的固定关系,实现了空间采样率的灵活调节,从而可以计算和重建360°全视角下不同尺寸的物体。数值模拟和光学实验都得到了良好的全息图重建结果,这对动态三维显示的研究具有一定的意义。  最后,研究了基于非均匀采样的波前记录面的立体全息图算法。详细分析了非均匀采样和波前记录面相关算法的原理,并将其应用到立体全息图的计算中。非均匀快速傅里叶变换(NUFFT)和快速傅里叶变换(FFT)在衍射计算中的应用有效提高了计算速度。我们分别用单独的有一定深度的物体和分立的物体构成的场景进行了计算,全息图得到了有效的重建结果。同时,还计算和重建了不同视角下的图像,再现了具有遮挡效应的运动视差。
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