用于显示全息视频图像序列的设备及方法技术

一种显示视频图像的方法，该方法包括接收连续图像帧至处理器的步骤。处理各图像帧以获得相息图。诸如ＳＬＭ（２０６）之类的可编程衍射元件再现相息图序列，以允许使用合适的照明光束（２００，２０２）进行图像再现（２０８）。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于例如使用全息技术来显示视频图像的设备及方法。
技术介绍
公知有多种用于使用全息术、例如使用计算机全息图像生成技术(CGH)来显示图像的装置。这些公知装置中的一种装置在US6437919中描述，其中对电寻址空间光调制器(SLM)寻址以提供图像的3D全息再现(representation)。因此，当由适当的照明光源照射SLM时，图像在重放区(RPF)中重构。诸如全息显示器之类的现有投影显示器的问题在于光效率较低，并且3D显示器需要大量像素。而且，全息生成的2D视频图像公知具有明显优于传统投影视频图像的优点，尤其在清晰度和效率方面。但是，当前的全息生成算法的计算复杂性使它们不能用于实时应用中。另外，即使现有的算法足够快，但由它们产生的图像的质量不足以用于显示应用中。
技术实现思路
本专利技术在权利要求书中陈述。由于使用了可编程到诸如为纯相位调制构造的LCOS(硅基液晶)装置之类的可编程衍射元件上的相息图(kinoform)，因此，与依靠照明光束的调幅的现有系统相比，显示效率明显提高。因此，可以获得具有最小光损失的实时视频。另外，本专利技术可以通过对优化算法期间产生的相息图的多个迭代进行时分多路复用，来提供改进的噪声减轻技术。而且，与以视频帧频动态地显示相息图的装置以及用于实时计算必要的相位分布的硬件相结合，重构的相息像具有明显优于传统投影图像的优点，尤其在效率和像素损失的鲁棒性方面。在相息图电写入到LCOS装置上的情况下，应当理解，术语“相息图”包含代表相位全息图的任何相位分布，其中仅计算对象波前的调相。为了便于说明，在本说明书中术语“相息图”和“全息图”可以交换使用。参考的视频不限于表示任何特殊类型图像内容的数据，其包括代表一个或更多静止图像的数据，其中所述数据是周期性或定期刷新的。附图说明现将参考附图描述本专利技术的实施例，其中图1是示出根据本专利技术的显示器构造的方块图；图2示意性地示出本专利技术第一实施例的部件；图3示意性地示出本专利技术第二实施例的部件；图4示意性地示出本专利技术第三实施例的部件；图5示意性地示出本专利技术第四实施例的部件；图6示意性地示出本专利技术第五实施例的部件；图7示意性地示出本专利技术第六实施例的部件；图8示出了通过SLM的部分横截面图；图9a和图9b是示出可选的二进制(binary)调相方案的SLM各自的视图；图10示出了根据本专利技术的处理器部件的方块示意图；以及图11是示出本专利技术第七实施例的部件的示意图。具体实施例方式在以下的说明中，在各附图中使用相同的附图标记表示相同的部件。总的来说，本申请涉及一种用于由计算机生成的纯相位全息图(通常公知为相息图)投影视频图像的设备。所述相息图必须能够快速地重建，以使它们能在像素化的硅基液晶(LCOS)空间光调制器上显示，所述空间光调制器已构造成作为纯相位调制器有效地运行。LCOS纯相位SLM由来自部分相干光源(例如激光器或超辐射发光二极管、LED)的适当扩展的光束照射，并且纯相位相息图在远场(far field)中转化为实灰度图像(real intensityimage)。可使用投影透镜使该远场变得较近，以进行傅立叶变换。通过使用基于硬件的快速处理器(例如FFT、FPGA以及DS处理器)，并通过(例如)使用与用于相位恢复的乔思贝格-萨克斯通(Gerchberg-Saxton)算法相关的方法(参考J.R.Fienup的“相位恢复算法比较法(Phase retrievalalgorithmsa comparison)”，应用光学(Applied Optics)，第21(15)卷，第2758-2765页(1982)；以及R.W.Gerchberg和W.O.Saxton的“用于从图像和衍射平面图确定相位的实用算法(A practical algorithm for thedetermination of phase from image and diffraction plane figures)”，Optik 35，第237-246页(1971)，其内容通过援引合并在此)，以高速计算构成视频图像的视频帧或子帧的傅立叶变换，从而将它们转化为相息图。参考图1，视频显示器包括总体上由附图标记10表示的全息视频投影仪。处理器14接收并处理包括待投影的视频图像的对象12，以在诸如空间光调制器之类的可编程衍射元件16上形成相息图。相息图16由照明光源18照射以形成图像20。在相息图16与图像20之间设有光学器件22，用于在屏幕上投影重放，并且例如用于消除零阶效应或减轻图像中的噪声。待在处理器14中产生并编程以通过SLM 16再现的相息图包括相位全息图的再现，其类型例如为在L.B.Lesem、P.M.Hirsch、J.A.Jordan的“相息图一种新的波前重构装置(The kinoforma new wavefront reconstructiondevice)”，IBM J.Res.Devel.第150-5页(1969年3月)中描述的类型。由于这种技术依靠纯相位调制，因此没有通过调幅形成的光损失。而且，SLM是衍射的而非成像的器件。处理步骤包括将在下面更详细描述的产生相息图、将相息图编码进SLM中、以及减轻噪声的步骤。因此，提供了复时变图像或快速刷新图像的高质量、高空间和时间分辨率投影。图2至图5示出了根据本专利技术第一至第四实施例的单级结构。图2更详细地示出了图1的方块图中的各种部件。例如，照明光学器件包括激光器200和扩束器202。可编程衍射元件包括在屏幕208上投影的SLM 206。包括偏振光束分光器204的中间光学元件以反射/透射模式设置，将照明光束反射在SLM 206上，接着该SLM 206经由其反射镜将调制的光束反射在屏幕208上。应当理解，单独的元件可以为任何合适的元件，例如，激光器、扩束器以及偏振光束分光器可以根据系统的光学需求进行选择。传统的LCOS装置在被改动用于纯相位调制时适用于SLM，例如由Holoeye和CRLO显示器公司提供的装置。这种改动可以包括使用用于调相的铁电液晶LCoS装置的二进制相位，并且理想的开关角(switching angle)从45度增加至90度用于调相。在这种情况下，不需要起偏器或检偏器。可选地，利用液晶电光效应(其中光轴在液晶层的平面内旋转)，例如向列液晶中的电诊断效应(electrocliniceffect)、V形开关或挠曲电效应(flexoelectric effect)，可以引入高速模拟LCoS装置。在所有这些情况中，理想的开关角均为45度，通过将四分之一波片(QWP)集成在LCoS装置的反射镜(未示出)上而接近该角度。反射镜与QWP的结合使有效开关角加倍，并使开关角接近45度的电光效应可以使用。可选的设备有具有使用向列液晶响应像素电压的模拟装置的LCoS装置。这些与仅用于灰度投影的这种类型的传统向列LCoS装置不同。可以改变液晶的结构以提供更好的模拟相位响应，并改变与引入(incoming)装置的偏振状态相关的LCoS装置的设置。在这种情况下，不需要检偏器来进行纯相位投影。LCoS装置的制造在以下文献中进一步描述，该文献为H.C.Stauss的“LCOS显示器的复兴(The resurgence of LC本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种显示包括多个视频帧的全息生成视频图像的方法，该方法包括：向各个帧周期提供各自连续的多个全息图，并显示所述多个视频帧的全息图，用于观看其重放场，由此，通过平均化所述多个全息图，各个帧的噪声差异被察觉为减小的。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：威廉克罗斯兰，尼尔科林斯，爱德华巴克利，阿德里安凯布尔，尼古拉斯劳伦斯，彼得马什，蒂莫西威尔金森，
申请(专利权)人：剑桥企业有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]