用于计算全息图的数据的装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于计算三维场景的全息图数据和将三维场景的全息图数据编码到使用全息显示器表示三维场景的空间光调制器(SLM)中的装置和方法。特别地，本发明专利技术还涉及用于优化三维场景的物点的2D亚全息图(2D-SH)的计算的装置和方法以及用于实时计算全息图的流水线。与现有技术已知的方法相比，本发明专利技术的目标是缩短用于表示三维场景的全息图的计算时间和/或降低这样的全息图的计算复杂性。通过装置和方法实现该目标，其中具有空间光调制器(SLM)的图像元素(BE)的物点的2D亚全息图(2D-SH)包含二分之一1D亚全息图(1D-SH)，通过电子电路以及使用给全息图编码的方法以及通过基于FPGA和/或ASIC的流水线确定每个图像元素(BE)的半径和将2D亚全息图(2D-SH)的每个图像元素(BE)固定分配给具有相同或相似的半径的二分之一1D亚全息图(1D-SH)的至少一个图像元素(BE)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】 本专利技术涉及具有硬件体系结构的装置和用于计算全息图数据和给全息图数据编 码的方法，可以用于例如使用全息显示器来表示三维场景（3D场景）和物体。 本专利技术还尤其涉及优化计算全息显示器的三维场景的物点的2D亚全息图的装 置，以及涉及用于计算空间光调制器（SLM)的三维场景的物点的2D亚全息图的方法，涉及 在空间光调制器中给三维场景的全息图编码的装置和方法，以及涉及全息图的实时计算的 流水线（pipeline)。 例如在以下的公开的专利文件中说明了该类型的全息显示器和用于计算全息 数据的计算方法：WO 2004/044659 A2、WO 2006/066919 AUWO 2007/118842 AUWO 2007/135165 AUWO 2008/025839 AUWO 2008/138979 Al 和 WO 2011/121130 A9。这些 公开文献的内容整体被纳入本专利技术。这些出版物尤其详细地说明了术语亚全息图和它的意 义，下文将对其进行参考。所述公开文献还说明了 ID和2D编码也就是说（子）全息图的 一维和二维编码意味着什么。 在亚全息图计算中，前面的方法已经基于例如对称、尤其镜像对称的使用，也就是 说仅需要计算2D亚全息图的一个象限（也就是四分之一）的全息图的值。没有明确计算 剩余的三个象限的值，但使用2D亚全息图的第一象限的计算值来确定剩余三个象限的值， 具体地通过经由第一象限的值沿着2D亚全息图的主轴进行相应镜像来获得或复制2D亚全 息图的第一象限的计算结果的值。镜像对称指的是至少一个轴对称和/或点对称，其中点 对称可以尤其涉及亚全息图SH的中心点。 尽管这样，复杂性仍然非常的高；在这样的2D编码的情况下复杂性更高，例如与 100和更多个因子的ID编码相比较，特别尤其根据用于全息图的表示的空间光调制器一一 该空间光调制器还被称为SLM-一的图像元素的间距（像素间距、两个图像元素的中心间 隔）以及表示的场景深度。间距尤其指的是由图像元素尺寸（像素尺寸）以及空间光调制 器的两个邻近的图像元素之间的各自的间隔（像素间隔）形成的尺寸。 现在说明根据现有技术的用于计算2D亚全息图的这样的方法： 对于2D亚全息图的第一象限的每个图像元素，计算相位和振幅，凭借相位和振幅 通过空间光调制器调整或影响用于表示三维场景的光。此处，相位尤其是例如待表示的物 点和空间光调制器之间的距离或间隔以及图像元素的间距（像素间距）（p x，py)这样的参数 的结果，其中定图像元素在X-方向的间距而P ,指定图像元素在y-方向的间距。在下 文将待表示的物点到空间光调制器的距离指定为焦距（F)。在计算极坐标、振幅和相位之 后，随后进行非常计算密集型的步骤，在具有真值和虚值的笛卡尔空间中的相位和振幅的 转变。这就是在总计的全息图中允许计算的2D亚全息图与其它2D亚全息图的累积，也就 是叠加。 图1给出了根据现有技术的2D亚全息图的计算和用于建立待表示的三维场景的 整个全息图的计算过程的简单概述，其中，除了上述参数以外，#是另外的相位值，A是各自 的图像元素的振幅值，λ是使用的光的波长，SH w是亚全息图的宽度而5!^是亚全息图的高 度以及b是物点的亮度。 使用对称性是因为在相位的计算中将图像元素（x，y)的位置作为正方形结合。图 2再次阐述这个。 用于计算具有2D亚全息图的全息图的进一步的原理例如在导言部分提到的公开 文献中是已知的，以及因此此刻不再进一步解释。 本专利技术是以说明和发展导言部分提到的类型的装置和方法的目的为基础，凭借本 专利技术克服前面提到的问题。特别地，与现有技术已知的方法相比，目标是缩短用于表示三维 场景的全息图的计算时间和/或降低计算这样的全息图的复杂性。在重建三维场景的意义 上解读这样情况下的三维场景表示。 根据本专利技术，通过专利权利要求1、6、7、14、15、22和23的教导以及通过根据从属 于所述权利要求的其它权利要求的它们的有利的结构和发展实现该目标。 根据权利要求1，通过用于计算2D亚全息图的装置实现该目标。使用该类型的2D 亚全息图，以利用全息显示器的表示三维场景的物点。待表示的三维场景的所有物点的2D 亚全息图是必需的以便通过它们的叠加产生待表示的三维场景的完整的全息图，以下简称 为全息图。 表示三维场景的物点的全息显示器包含具有图像元素矩阵的空间光调制器。所述 图像元素还被称为像素、单元以及还被称为像素单元。图像元素还可以包含多个子图像元 素。在这种情况下，图像元素相当于宏单元。待计算的2D亚全息图包含可能与空间光调制 器（SLM)的图像元素有关的复值，且具有旋转对称性，因为它仅反映三维场景的一个物点。 本文中复值尤其被理解为在数学意义上的复数。根据本专利技术，用于计算表示三维场景的物 点的2D亚全息图的装置的特征是2D亚全息图包含沿着从2D亚全息图的原点到2D亚全息 图的最大半径的穿过2D亚全息图的截面的二分之一 ID亚全息图，其中确定每个图像元素 的半径以及通过电子电路将2D亚全息图的每个图像元素固定分配给具有相同或相似的半 径的二分之一 ID亚全息图的至少一个图像元素。此处的最大半径是围绕2D亚全息图的圆 的半径。 这是可能的，因为如上所述单独的物点的2D亚全息图具有旋转对称性。然而，因 此与所述2D亚全息图的原点距离相同的2D亚全息图的图像元素的振幅和相位值是相同 的，也就是对于相同半径的所有图像元素振幅和相位值是相同的。因此计算一个这样的图 像元素足以能够类似地将所述值用于具有相同半径的其它图像元素。 为了有效地降低计算时间和由这样的2D亚全息图的叠加产生的全息图的计算的 计算复杂性，有利的是，通过电子电路将具有相同或至少相似半径的图像元素分配给二分 之一 ID亚全息图的图像元素，该二分之一 ID亚全息图的图像元素是2D亚全息图的一部分 且具有上述的从2D亚全息图的原点直到最大半径的位置且具有相同的半径，然后仅针对 这一个图像元素进行计算。 由于通过电子电路的固定分配，没有确定其它图像元素的半径的额外步骤，因此 对于该步骤额外的寻址或使用查找表是必需的。这样的电子电路可以实现为数字电路。然 而，也可以使用模拟电路。 在根据本专利技术的装置的一个实施例中，可以以使2D亚全息图的图像元素的半径 相当于乘以依赖方向的延长因子的二分之一 ID亚全息图的图像元素的半径的方式，通过 电子电路将2D亚全息图的每个图像元素固定分配给二分之一 ID亚全息图的至少一个图像 元素。 有利地以硬接线矩阵的形式实现这样的电子电路。 在一个有利的实施例中，在现场可编程门阵列（FPGA)上实施电子电路，也就是说 可编程的电路，和/或专用集成电路（ASIC)。 如上所述，现在已知的是在旋转对称的2D亚全息图的情况下，具有与所述2D亚全 息图的原点相同距离的2D亚全息图的图像元素的振幅和相位值是相同的，也就是对于具 有相同半径的所有图像元素的振幅和相位值是相同的。然而，在空间光调制器（SLM)中以 矩阵形式安排图像元素，其中图像元素具有限定的尺寸和限定的间距，会具有这样的结果： 尽管以二分之一 ID亚全息图的图像元素的具体半径值计算振幅和相位值，一系列的图像 元素包含在物点的2D亚全息图中，该一系列的图像元素的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种装置，所述装置用于计算使用全息显示器来表示三维场景的物点的2D亚全息图(2D‑SH)，包含：‑具有图像元素(BE)矩阵的空间光调制器，‑2D亚全息图(2D‑SH)，所述2D亚全息图(2D‑SH)包含所述空间光调制器的图像元素(BE)且具有旋转对称性，‑2D亚全息图(2D‑SH)，所述2D亚全息图(2D‑SH)包含沿着从所述2D亚全息图(2D‑SH)的原点到所述2D亚全息图(2D‑SH)的最大半径的穿过所述2D亚全息图(2D‑SH)截面的二分之一1D亚全息图(1D‑SH)，‑确定每个图像元素(BE)的半径以及通过电子电路将所述2D亚全息图(2D‑SH)的每个图像元素(BE)固定地分配给具有相同或相似的半径的所述二分之一1D亚全息图(1D‑SH)的至少一个图像元素(BE)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：恩里科·泽思丘，
申请(专利权)人：视瑞尔技术公司，
类型：发明
国别省市：卢森堡;LU