本发明专利技术公开了一种采用平面光波导回路的立体成像方法及装置，成像方法把相干光源发出的相干光转化为二维点光源阵列，且二维点光源阵列中每个点光源的位置呈随机分布，同时将立体图像离散化为大量体元，并根据体元的亮度由高到低划分为若干组，对每组中的每个体元，根据其离每个点光源的距离计算该点光源的位相调节量，使得每个点光源发出的光波到达该体元时同位相，累加每个点光源为产生每个体元所应做出的复振幅调节量，驱动每个点光源的振幅调节器和位相调节器，基于相长干涉产生每组体元。成像装置由相干光源，平面光波导回路，导电玻璃前面板和背部驱动电路组成，本发明专利技术可广泛应用于计算机与电视三维显示，三维人机交换，机器人视觉等领域。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于三维成像
，具体地涉及一种采用平面光波导回路的立体成像方法及装置。
技术介绍
三维显示可分为伪三维显示和真三维显示。前者如基于双目视差的立体显示，它把两幅不同视角的画面分别呈现给观察者的左右眼，使其产生立体幻觉，长期观看容易引起疲劳。后者直接在空中形成真实三维图象，观察者不需要佩戴任何辅助眼镜，观看更加舒适自然。真三维立体显示既可以采用非相干方法实现，如集成成像技术，体成像技术，也可以采用相干方法实现，如全息技术。非相干方法和相干方法之间的最大区别在于前者采用非相干光源，无法利用光波的位相信息，而后者采用相干光源，可以充分利用光波的位相。光波位相包含着物体的形状和位置信息。非相干方法由于丢掉了光波的位相信息，只能依靠额外的，往往也是复杂的，机械扫描或光学装置在三维空中成像，由于其所遵循的几何光学成像原理本身的限制，只能在有限的景深范围内达到可以接受的成像分辨率。相干方法由于可以充分利用光波位相携带的形状和位置信息，因此往往结构简单，而且借助波动光学成像原理，成像景深大，分辨率高。例如，简单一块全息干版就足以在空中形成三维图象，不需要任何光学透镜或机械扫描装置。但是对大型物体，全息干涉条纹在亚微米量级，远远小于平板显示器的像素尺寸；同时海量干涉条纹数据给实时数字采集、处理、存储、传输和显示带来了极大困难。本申请人的专利技术专利《基于随机相长干涉的三维显示方法及装置》(中国专利号:200810046861.8)提出了一种新的相干三维成像方法。其核心思想是构造一个二维点光源阵列，这些点光源发出的球面波相互交汇，通过相长干涉在空中形成光斑，即立体体元(简称体元，与二维平面显示中的像素相对应)，进而由大量体元形成离散立体图象。为了实现动态显示，需要对上述二维点光源阵列中每个点光源的振幅和位相进行实时独立调节，同时为了抑制高阶衍射产生的多重像，点光源的位置呈随机分布。根据上述成像原理，只需要知道每个体元的位置和亮度，就可以确定每个点光源的振幅和位相调节量，通过调节每个点光源的振幅和位相，使得这些点光源发出的球面波到达空间预定位置时同位相，这样由于相长干涉在预定位置形成体元，进而由大量体元形成离散立体图象。这意味着，与二维平面显示相比，只需要额外知道纵深信息就可以在空中形成三维图象，信息增加量仅约30%，这给三维数据的实时存储、传输和显示带来了极大便利。上述专利技术专利同时给出了借助不同类型液晶显示器产生二维点光源阵列的装置。而液晶材料必须借助液晶分子的机械转动调节光波的振幅和位相调节，响应时间一般在毫秒量级。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述现状，旨在提供一种图像刷新率高而且显示器轻薄稳定的采用平面光波导回路的立体成像方法及装置。本专利技术目的的实现方式为，一种采用平面光波导回路的立体成像方法，具体步骤如下:A、设计制作平面光波导回路，把相干光源发出的相干光转化为二维点光源阵列，且二维点光源阵列中每个点光源的位置呈随机分布，记第P个点光源的位置为rp，同时在平面光波导回路中为每个点光源设计制作一个振幅调节器和一个位相调节器，以便对每个点光源的振幅和位相进行独立调节；B、在每个振幅调节器和位相调节器的驱动电压为零时，测定并记录步骤A中所产生的每个点光源的初始振幅A"和初始位相Φ"； C、将需要显示的三维立体图像离散化，得到每个体元的位置和亮度，设置每个体元的振幅Av为其亮度的平方根；按照亮度从高到低的原则，把所有体元分成Q组；D、选取步骤C中的一组体元；E、对步骤D中选择的一组体元中的每个体元，对其位置附加一个随机偏移量，随机偏移量小于偏移前相邻体元间的平均间隔，同时为它赋予一个随机位相，得到每个体元的最终位置rv和位相Φν ；F、选取步骤E中的一个体元V ;G:、对步骤A中所产生的每个点光源P，如果它所发出的光锥覆盖步骤F中选定的体元V，计算点光源P到体元V的距离I rp -rv I，根据该距离设定该点光源的位相调节量，使得点光源P发出的光波到达体元V时的位相为步骤E中所设置的位相Φν，同时设定该点光源的振幅调节量使其正比于距离Irp -rv|与体元V的振幅Av的乘积；把上述位相调节量和振幅调节量综合为复振幅调节量，如果体元V位于二维点光源阵列前方，点光源ρ为产生体元V所应做出的复振幅调节量为，Ap_v=Avexp (i Φν) /P⑴式(I)中P为参与产生体元V的所有点光源的数目；如果体元V位于二维点光源阵列后方，点光源P为产生体元V所应做出的复振幅调节量为，Ap_v=Avexp ( Φν) /P⑶H、针对步骤D中所选择的一组体元中的所有体元,重复步骤F至G ；1、对步骤A中所产生的每个点光源P，按照复振幅叠加原理，把在步骤D至步骤H中获得的点光源P为产生每个体元V所应做出的复振幅调节量Ap_v累加，得到点光源P为产生总共V个体元所需做出的总的复振幅调节量Αρ，即，V=VAp = ^ Ap - V = Ap 0Χρ(/Φ/;)(4)V-1J、对步骤A中所产生的每个点光源ρ，把步骤I中所确定的总的振幅调节量Ap除以步骤B中所确定的该点光源的初始振幅Α"，得到该点光源的最终振幅位相调节量Ap_f=Ap/A/A";从步骤I中所确定的总的位相调节量Φρ中减去步骤B中所确定的该点光源的初始位相Φ"，同时减除点光源P的振幅调节器为产生最终振幅调节量AP_F所带来的附加位相增量ΦΡ_Α，得到该点光源的最终位相调节量Φρ_ρ= Φρ-Φ^-Φ^ ；K、根据步骤J中确定的每个点光源的最终振幅位相调节量Ap_F和最终位相调节量Φρ-p,驱动每个振幅调节器和位相调节器，使得每个点光源产生上述最终振幅位相调节量和位相调节量；L、针对步骤C中所确定的所有Q组体元，重复步骤D至K。一种实现上述立体成像方法的采用平面光波导回路的立体成像装置，由相干光源，平面光波导回路，导电玻璃前面板和背部驱动电路组成，导电玻璃前面板和背部驱动电路分别覆盖平面光波导回路的两侧；平面光波导回路包含干线光波导和N个支线光波导，干线光波导接收从相干光源发出的光波，N个支线光波导沿干线光波导分布；每个支线光波导由依次串接在一起的耦合器、振幅调节器、位相调节器和垂直转向器组成；耦合器从干线光波导耦合出一部分光能，背部驱动电路驱动振幅调节器和位相调节器，对耦合进入支线光波导的光波进行振幅和位相调节后送到垂直转向器，经过垂直转向器转向后垂直于平面光波导回路发射，产生一个点光源；设置垂直转向器的位置，使得所产生点光源的位置呈随机分布；所述耦合器采用方向耦合器或共振环耦合器；所述位相调节器为一段由电光材料制作的单模光波导，由背部驱动电路改变电光材料的折射率，使得光波的位相发生改变；所述垂直转向器垂直转向器有垂直转向器一、垂直转向器二两种；垂直转向器一由微型平面反射镜构成，微型平面反射镜的反射面与平面光波导回路成45°夹角。本专利技术建立在本申请人的专利技术专利《基于随机相长干涉的三维显示方法及装置》上，解决如何采用平面光波导回路构造二维点光源阵列，并实现对每个点光源的振幅和位相的独立调节。本专利技术将整个平面光波导回路分为干线光波导和支线光波导，干线光波导把相干光源发出的光波引导到屏幕各个区域，然后通过分布在干线光波导两侧的大量支线光波导把光波从干线光波导中耦合出本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种采用平面光波导回路的立体成像方法，其具体步骤如下：A、设计制作平面光波导回路，把相干光源发出的相干光转化为二维点光源阵列，且二维点光源阵列中每个点光源的位置呈随机分布，记第p个点光源的位置为rp，同时在平面光波导回路中为每个点光源设计制作一个振幅调节器和一个位相调节器，以便对每个点光源的振幅和位相进行独立调节；B、在每个振幅调节器和位相调节器的驱动电压为零时，测定并记录步骤A中所产生的每个点光源的初始振幅Ap?0和初始位相Φp?0；C、将需要显示的三维立体图像离散化，得到每个体元的位置和亮度，设置每个体元的振幅Av为其亮度的平方根；按照亮度从高到低的原则，把所有体元分成Q组；D、选取步骤C中的一组体元；E、对步骤D中选择的一组体元中的每个体元，对其位置附加一个随机偏移量，随机偏移量小于偏移前相邻体元间的平均间隔，同时为它赋予一个随机位相，得到每个体元的最终位置rv和位相Φv；F、选取步骤E中的一个体元v；?G:、对步骤A中所产生的每个点光源p，如果它所发出的光锥覆盖步骤F中选定的体元v，计算点光源p到体元v的距离|rp??rv|，根据该距离设定该点光源的位相调节量，使得点光源p发出的光波到达体元v时的位相为步骤E中所设置的位相Φv，同时设定该点光源的振幅调节量使其正比于距离|rp??rv|与体元v的振幅Av的乘积；把上述位相调节量和振幅调节量综合为复振幅调节量，如果体元v位于二维点光源阵列前方，点光源p为产生体元v所应做出的复振幅调节量为，Ap-v=Avexp(iΦv)[|rp-rv|exp(-i2π|rp-rv|/λ)]/P---(1)?式（1）中P为参与产生体元v的所有点光源的数目；如果体元v位于二维点光源阵列后方，点光源p为产生体元v所应做出的复振幅调节量为，Ap-v=Avexp(iΦv)[|rp-rv|exp(i2π|rp-rv|/λ)]/P---(3)H、针对步骤D中所选择的一组体元中的所有体元，重复步骤F至G；I、对步骤A中所产生的每个点光源p，按照复振幅叠加原理，把在步骤D 至步骤H中获得的点光源p为产生每个体元v所应做出的复振幅调节量Ap?v累加，得到点光源p为产生总共V个体元所需做出的总的复振幅调节量Ap，即，Ap=Σv=1v=VAp-v=Apexp(iΦp)---(4)J、对步骤A中所产生的每个点光源p，把步骤I中所确定的总的振幅调节量Ap除以步骤B中所确定的该点光源的初始振幅Ap?0，得到该点光源的最终振幅位相调节量Ap?F=Ap/Ap?0；从步骤I中所确定的总的位相调节量Φp中减去步骤B中所确定的该点光源的初始位相Φp?0，同时减除点光源p的振幅调节器为产生最终振幅调节量Ap?F所带来的附加位相增量Φp?A，得到该点光源的最终位相调节量Φp?F=Φp?Φp?0?Φp?A；?K、根据步骤J中确定的每个点光源的最终振幅位相调节量Ap?F和最终位相调节量Φp?F，驱动每个振幅调节器和位相调节器，使得每个点光源产生上述最终振幅位相调节量和位相调节量；L、针对步骤C中所确定的所有Q组体元，重复步骤D至K。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李志扬，
申请(专利权)人：李志扬，
类型：发明
国别省市：
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