基于像素处理抑制计算全息再现像斑点噪声的方法

一、本发明涉及全息显示领域，具体地说，涉及一种抑制计算全息再现像斑点噪声的方法。

背景技术：

0、二、背景技术

1、在计算全息显示中，由于全息图生成算法的近似和相干光源的使用，再现像中不可避免的出现斑点噪声，严重降低观看效果。为了提升全息再现像的质量，多种抑制斑点噪声的方法已经被提出，例如较弱相干光法、时间平均法和像素分离法。在较弱相干光法中，再现光学系统中需要使用扩散板或者高速振动器件来降低再现光的相干性，系统的复杂度增加。时间平均法和像素分离法则需要制作多幅计算全息图(computer-generatedhologram，cgh)，并进行高速不断地重复显示，这不仅增加了cgh的计算负担，还对空间光调制器(spatial light modulator，slm)的刷新率提出了更高的要求，很难实现动态显示。因此，利用少量cgh和简单光学系统实现斑点噪声抑制方法的提出很有意义。

技术实现思路

0、三、
技术实现要素：

1、本发明提出一种基于像素处理抑制计算全息再现像斑点噪声的方法，被记录物体的像素在空间上分离，生成多个物点组，每一个物点组对应生成一幅记录光场复振幅的子全息图(sub-cgh)，对sub-cgh上的每个像素进行优化，将算法产生的误差扩散到其它的像素，从而对其它像素进行补偿和校正，生成纯相位型最终sub-cgh。本发明分别对被记录物体和sub-cgh的像素进行处理，再现最终sub-cgh时，通过减少算法误差和相邻像点的重叠面积，实现计算全息再现像斑点噪声的抑制。

2、如附图1所示为本发明一种基于像素处理抑制计算全息再现像斑点噪声的方法流程，包括被记录物体的像素分离、最终sub-cgh的生成和再现三个步骤。

3、步骤一为被记录物体的像素分离。将被记录物体的像素在空间上进行分离，取像素分离间隔为n(n＝2、3、4……)，共生成n2个物点组。对于被记录物体上的任意像素，在其上下左右各个方向上，它与分别相邻的第n个像素被分到同一物点组中，而任意一个n×n的像素矩阵中所包含的n2个物点则被分离到不同的n2个物点组中。

4、步骤二为最终sub-cgh的生成。利用菲涅尔衍射理论记录所有物点组的信息，一个物点组对应生成1幅sub-cgh，n2个物点组共生成n2幅sub-cgh。物点组的光场记为o(x,y)，sub-cgh上的光场复振幅记为h(ξ,η)。然后，本发明方法从第一个像素点开始对sub-cgh上的复振幅进行从左到右从上到下的扫描处理。

5、对于正在处理的sub-cgh上的第i行第j列像素，若复振幅h(i,j)的振幅和相位分别记做a(i,j)和ψ(i,j)，则h(i,j)＝a(i,j)exp[iψ(i,j)]。直接取复振幅的相位项得到一个纯相位值p(i,j)＝exp[iψ(i,j)]，那么纯相位值p(i,j)和原复振幅值h(i,j)有一个误差，记为e(i,j)＝h(i,j)-p(i,j)。然后将此误差e(i,j)扩散到与当前像素相邻的且未被扫描到的任意一个或多个像素中，即扩散到其右方(第i行第(j+1)列)、左下方(第(i+1)行第(j-1)列)、下方(第(i+1)行第j列)和右下方(第(i+1)行第(j+1)列)像素中的任意一个或多个像素中，则右方、左下方、下方和右下方像素的复振幅值由h(i,j+1)、h(i+1,j-1)、h(i+1,j)、h(i+1,j+1)分别被更新为h1(i,j+1)、h1(i+1,j-1)、h1(i+1,j)、h1(i+1,j+1)，它们满足：

6、

7、其中a、b、c和d被称为误差扩散系数，它们为非负数，满足a+b+c+d≤1，且不能同时为0。因此，还没扫描到的第i行第(j+1)列、第(i+1)行第(j-1)列、第(i+1)行第j列像素和第(i+1)行第(j+1)列像素根据当前第i行第j列像素的误差得到修正补偿。本发明对sub-cgh上的所有像素处理完成后，得到一个新复振幅分布h1(i,j)＝a1(i,j)exp[iψ1(i,j)]，其中a1(i,j)和ψ1(i,j)分别为其振幅和相位。取新复振幅分布h1(i,j)的相位项，丢掉振幅项，得到相位全息图，即形成最终sub-cgh。

8、步骤三为最终sub-cgh的再现。将n2幅最终sub-cgh加载到相位型slm上进行再现，所使用slm刷新率的值大于或等于最终sub-cgh的数目n2。再现过程中，设置每幅最终sub-cgh的工作时间在人眼的视觉暂留时间之内，1幅最终sub-cgh生成1个子再现像，子再现像中相邻像点间隔n个像素，它们之间的重叠面积被减少，斑点噪声得到抑制。同时，由于最终sub-cgh上的像素得到优化，子再现像的斑点噪声进一步得到抑制。通过时间复用方法，n2个子再现像形成包含完整信息的再现像，其斑点噪声被抑制，再现质量得到提升。

技术特征：

1.本发明一种基于像素处理抑制计算全息再现像斑点噪声的方法，其特征在于包括被记录物体的像素分离、最终sub-cgh的生成和再现三个步骤，

技术总结
本发明提出一种基于像素处理抑制计算全息再现像斑点噪声的方法，被记录物体的像素在空间上分离，生成多个物点组，每一个物点组对应生成一幅记录光场复振幅的子全息图(sub‑CGH)，对sub‑CGH上的每个像素进行优化，将算法产生的误差扩散到其它的像素，从而对其它像素进行补偿和校正，生成纯相位型最终sub‑CGH。本发明分别对被记录物体和sub‑CGH的像素进行处理，再现最终sub‑CGH时，通过减少算法误差和相邻像点的重叠面积，实现计算全息再现像斑点噪声的抑制。

技术研发人员：刘素娟,冀少杰,杨坤,翟凤潇,李萍萍,郝蕴琦,刘楠楠,冯龙飞,亢帅泽,颜浩楠
受保护的技术使用者：郑州轻工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23