3D衍射光場(chǎng)的點(diǎn)云計(jì)算方法與加速.pdf

1、全息顯示能夠提供幾乎等同于真實(shí)世界的三維圖像，能充分地傳遞人類感知三維物體的所有深度刺激，將是三維成像和顯示的終極目標(biāo)。一個(gè)視頻成像系統(tǒng)包括若干功能性部分，包括獲取、壓縮、傳輸和顯示等。其中，獲取是非常重要的一步。與傳統(tǒng)光全息術(shù)中采用光干涉方法相比，面向數(shù)字全息的計(jì)算產(chǎn)生全息圖的方法顯然具備對(duì)環(huán)境要求低、靈活性高、可以對(duì)物光波的數(shù)學(xué)描述進(jìn)行直接編碼等優(yōu)點(diǎn)。但是，三維衍射場(chǎng)的計(jì)算涉及信號(hào)處理和光學(xué)理論等基礎(chǔ)性問題，仍然面臨諸多挑戰(zhàn)，探尋降

2、低三維衍射場(chǎng)計(jì)算復(fù)雜度的方法以及探討相應(yīng)的離散化準(zhǔn)則仍是目前的研究熱點(diǎn)。
　　計(jì)算全息涵蓋極其豐富的信號(hào)處理問題，例如，F(xiàn)resnel核既不是帶限也不是空間有限的，但它仍然能從它們有限的采樣中恢復(fù)完整的Fresnel衍射場(chǎng)。根據(jù)Wigner分布分析，信號(hào)的相干編碼比非相干編碼情況下包含更多重構(gòu)所需的主要信息。因此，一方面為了產(chǎn)生生動(dòng)真實(shí)的三維圖像，應(yīng)該計(jì)算標(biāo)量衍射形式二項(xiàng)級(jí)數(shù)展開的Fresnel(而不是遠(yuǎn)場(chǎng)Fraunhofer)全

3、息圖，導(dǎo)致產(chǎn)生的高空間帶寬積和二項(xiàng)級(jí)數(shù)的復(fù)波衍射場(chǎng)給計(jì)算全息造成巨大的挑戰(zhàn)，另一方面相干的Fresnel衍射場(chǎng)具有一些性質(zhì)可以用作加速計(jì)算方法的基礎(chǔ)。計(jì)算三維衍射場(chǎng)的方法有很多，本文以點(diǎn)云方法為基礎(chǔ)，對(duì)Fresnel衍射場(chǎng)的加速計(jì)算方法進(jìn)行進(jìn)一步探究。首先，通過探究衍射場(chǎng)的采樣問題并結(jié)合菲涅耳衍射傳播在傳播方向的可逆性給出一種間接計(jì)算方法;其次，通過對(duì)查找表方法的研究并結(jié)合Gabor波帶片或Gabor透鏡的條紋圖案具有的空間對(duì)稱性，對(duì)原

4、有查找表方法進(jìn)行改進(jìn)進(jìn)而提高計(jì)算效率。
　　論文的主要研究?jī)?nèi)容與創(chuàng)新情況如下:
　　(1)根據(jù)點(diǎn)云算法的采樣標(biāo)準(zhǔn)并結(jié)合菲涅爾傳播的可逆性給出雙步計(jì)算方法，使用該方法可以獨(dú)立設(shè)定源場(chǎng)景與全息面的采樣間距。在實(shí)際計(jì)算過程中根據(jù)需要對(duì)全息面與源場(chǎng)景設(shè)定不同的采樣間距，從而在保證人眼觀察效果的前提下，有效增大源場(chǎng)景采樣間距，減少點(diǎn)云數(shù)量，提高計(jì)算效率。
　　(2)在新型查找表方法的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，提出一種計(jì)算主要條紋圖案的新方