专利名称：全息立体图像记录与显示方法及其装置与应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及全息立体图像技术，特别涉及一种全息立体图像记录与显示方法及其装置与应用。
背景技术：
全息立体成像技术是一门新兴的技术，其相关产品正逐渐在现实生活中得到广泛的应用，如用于防伪标志、身份证、信用卡、烟、酒等工业品的封口签和外包装等技术领域，全息立体成像技术形成的全息立体图像，在特定的角度及自然光源的照射下，其衍射图像可在图像的平面前后空间呈现变幻的绚丽色彩，从而产生视觉立体感；例如申请号为01128022.0的中国发明专利申请公开了一种“动态镭射全息立体光柱的制作方法”，这种方法主要是利用计算机模拟出来的图形作为全息照相的物，并将其传输到动态全息照相装置中，拍摄主全息图，再利用主全息图拍摄得到光刻胶板，最后处理光刻胶板得到全息图，这种全息图只是在防伪标识中加一个光柱，也就是加一个能用肉眼辨认的密码；而且这种制作方法仅限于处理利用计算机模拟出来的图形，不方便处理实际物体形成的图像，特别是不能处理连续拍摄形成的合成图像。目前，处理实际物体形成全息图的技术一般都是用较小的实物或透明片作为被记录的物体，在全息台上直接拍摄完成，这种处理技术亦存在较大的限制，如在制作人像的全息立体图像即遇到困难，因为不能把活人放在制作平台上，用激光照射，不仅不安全，实施也比较麻烦(现有的很多全息防伪贴上的人像实质是二维的图片)；此外，对于较大型的物体或风景亦不能处理；如果用电影摄影机拍摄出透明片再合成，过程非常麻烦，而且造价昂贵，不利于工业上大规模推广应用，所以对大型物体、外景、人物、计算机设计的虚拟物体等原本不易或不能搬到全息台上的物体进行拍摄、处理，从而形成全息图技术的研究具有重要的现实意义。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，结合激光技术、电子技术和计算机技术开发出一种操作方便、实施简单、立体显示效果好的全息立体图像记录与显示方法。
本发明的另一目的在于提供一种实现上述方法的全息立体图像记录与显示装置。
本发明的再一目的在于提供一种上述全息立体图像记录与显示方法的应用。
本发明的目的通过下述技术方案实现全息立体图像记录与显示方法包括下述步骤(1)用拍摄设备连续移动拍摄景物，得到不同透视结构的二维图像，通过接口传到计算机中；也可以用计算机处理三维模型图形图像采集各视角的二维图像；(2)将所得到的系列二维图像在计算机的处理和控制下依次用液晶显示装置显示，作为全息记录的对象；(3)将每一幅液晶显示装置显示的二维图像按顺序记录在全息底片的一个窄条内，作为单元全息图，全部系列二维图像记录在整个全息底片上，作为全息母板；此全息母板上记录的全息图可用单色光再现立体的虚像，如用激光按原参考光方向照明全息母板，即可看到三维立体图像。
用所述全息母板再现出实像，用此实像作为物体，参考光与物光在记录干板的同一侧入射，记录得到透射式全息图；此全息图可用白光再现透射式立体图像；即在观看全息图时，用白光(比如射灯)从一侧照射全息图，在另一侧观看，可以看到三维立体图像。
用所述全息母板再现出实像，用此实像作为物体，参考光与物光在记录干板的前后两侧分别入射，记录得到反射式像全息图；此全息图可用白光再现反射式立体图像。即在观看全息图时，用白光(比如射灯)从一侧照明全息图，在同一侧观看，可以看到三维立体图像。
所述步骤(1)中拍摄设备在空间范围内，按一定的运动轨迹(一般是圆弧)，一定的角速度(1°～20°/秒)绕景物移动并连续拍摄，使画面透视结构不断发生变化，有利于展示景物环境的空间深度。
实现上述方法的全息立体图像记录与显示装置包括二维图像采集组件、全息图像制作组件，其特征在于所述二维图像采集组件包括拍摄设备、可控旋转支架、计算机，所述拍摄设备安装在旋转支架上，所述拍摄设备、可控旋转支架分别与计算机相连接，通过计算机控制采集及处理系列二维图像。
所述拍摄设备可为数码摄像机、模拟摄像机、数码照相机、数码摄像机阵列或数码照相机阵列。
所述全息图像制作组件包括激光器、光学元器件、位移狭缝、电动快门、可进行光学图像转换的液晶显示装置、全息干板、计算机，所述激光器、液晶显示装置及位移狭缝与光学元器件相对设置，全息干板位于位移狭缝的一侧；激光器经电动快门入射光学元器件的光线被分成参考光和物光，参考光经光学元器件后直接照射至位移狭缝，物光经光学元器件后透过液晶显示装置照射至位移狭缝与参考光干涉，在位移狭缝后的全息干板上依次记录单元全息图，形成全息母板。
所述光学元器件包括分束镜、反射镜、扩束镜、准直镜等组件。
所述全息图像制作组件还可包括全息防震台，激光器、光学元器件、位移狭缝、电动快门、液晶显示装置及全息干板等组件均设置于全息防震台上。
实现上述方法的全息立体图像记录与显示装置亦可包括激光器、电动快门、光学元器件、全息干板及前述全息母板；激光器经电动快门至光学元器件的光线被分成参考光和物光，参考光经光学元器件后直接照射至全息干板一侧，物光经光学元器件后透过前述全息母板照射至全息干板同一侧，记录透射式全息图。
实现上述方法的全息立体图像记录与显示装置还可包括激光器、电动快门、光学元器件、全息干板及前述全息母板；激光器经电动快门至光学元器件的光线被分成参考光和物光，参考光经光学元器件后直接从全息干板一侧入射，物光经光学元器件后透过前述全息母板从全息干板另一侧入射，记录反射式全息图。
本发明对大型物体、外景、人物、计算机设计的虚拟物体等原本不易或不能搬到全息台上的景物制作成全息图并进行三维立体显示，可用于广告、会展、人像、计算机设计等，或做成相应的模压全息，用作防伪标贴等应用。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果(1)显示效果好；由于本发明采集了景物大量的相关二维图像，最后合成全息图，所以可以全面、逼真地显示景物各个不同视角的图像，立体感强，表现质量非常好；如在汽车制造业中采用CAD(计算机辅助设计)的效果在汽车还没有生产出来之前即可以栩栩如生地展现出来，非常有助于人们的直观认知；(2)操作简便、实施安全；本发明用数码摄像隔离了要表现的人或物体与全息图制作平台，完全没有安全问题，而且操作非常简单、方便；对于较大型的物体或风景的全息图制作亦是如此，受自然环境或客观条件的影响较小，实施安全可靠，克服了现有技术存在的限制条件较多的缺点，应用灵活、方便、安全；(3)适用范围较广；本发明可用于工业设计、艺术品设计、广告宣传、防伪标识、人物立体照相等极为广泛的技术领域中，经济价值高，市场前景好。
图1是本发明中摄像机拍摄景物时的光路示意图。
图2是利用图1所示摄像机采集物体二维图像的采集组件的结构框图。
图3是全息母板制作组件的结构框图。
图4是记录合成全息图的光路示意图。
图5是记录透射式全息图的光路示意图。
图6是记录反射式全息图的光路示意图。
图7是利用计算机采集虚拟物体二维图像的原理框图。
具体实施例方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1图1～图4示出了本发明的一种实施方式，本全息立体图像记录与显示装置包括二维图像采集组件、全息图像制作组件，所述二维图像采集组件的结构如图1和图2所示，包括数码摄像机、可控旋转支架、计算机，所述数码摄像机安装在可控旋转支架上，所述数码摄像机、可控旋转支架分别通过接口与计算机相连接，通过计算机控制采集及处理系列二维图像，具体可让数码摄像机在空间范围内，按一定的运动轨迹(如圆弧)，一定的角速度(1°～20°/秒)移动并连续拍摄，如图1所示，使画面透视结构不断发生变化，有利于展示景物环境的空间深度。
经上述操作得到系列二维图像后，即可利用全息图像制作组件在全息干板上制作全息立体图像，所述全息图像制作组件如图3和图4所示，包括激光器J、光学元器件、可控位移狭缝S、电动快门K、可进行光学图像转换的液晶显示器O、全息干板H1、全息防震台、计算机，所述激光器J、光学元器件、可控位移狭缝S、电动快门K、液晶显示器O及全息干板H1等组件均设置于全息防震台上，激光器J、液晶显示器O及可控位移狭缝S与光学元器件相对设置，全息干板H1位于可控位移狭缝S的一侧，可控位移狭缝S、电动快门K及液晶显示器O分别通过接口与计算机相连接；所述光学元器件包括分束镜P、反射镜M1、M2、M3、M4、扩束镜L1、L2、准直镜L3，具体位置关系如图4所示，由图4可见，激光器J发出的激光经电动快门K到分束镜P的光线被分成参考光和物光，参考光经扩束镜L2、反射镜M3、M4、准直镜L3后照射至可控位移狭缝S，物光经反射镜M1、扩束镜L1、反射镜M2后透过液晶显示器O将液晶显示器O中显示的系列二维图像照射至可控位移狭缝S与参考光干涉，并在可控位移狭缝S后的全息干板H1上依次记录窄条的单元全息图，所有窄条单元全息图组合构成完整的全息立体图像，形成全息母板。
本全息母板上的全息图可用单色光再现立体的虚像，如用激光按原参考光方向照明全息母板，即可看到物体的三维立体图像。
实施例2图5示出了本全息立体图像记录与显示装置的另一种结构及作用方式，本装置亦包括二维图像采集组件、全息图像制作组件，所述二维图像采集组件的结构同实施例1，所述全息图像制作组件的结构包括激光器J、光学元器件、电动快门K、实施例1所制得的全息母板H1、全息干板H2、全息防震台、计算机，所述激光器J、光学元器件、电动快门K、全息母板H1、全息干板H2等组件均设置于全息防震台上，电动快门K通过接口与计算机相连接，所述光学元器件包括分束镜P、反射镜M1、M2、扩束镜L1、L2、准直镜L3，具体位置关系如图5所示，由图5可见，激光器J发出的激光经电动快门K到分束镜P的光线被分成参考光和物光，参考光经反射镜M2、扩束镜L2照射至全息干板H2，物光经反射镜M1、扩束镜L1、准直镜L3后照射至全息母板H1，其衍射光照射至全息干板H2，物光与参考光在全息干板H2的同一侧照射，全息干板H2上记录了可以用白光再现的透射式全息立体图像。本透射式全息图可用白光再现透射式立体图像；即在观看时，用白光(比如射灯)从全息图一侧照明，可以在另一侧看到物体的立体图像。
实施例3图6示出了本全息立体图像记录与显示装置的又一种结构及作用方式，本装置亦包括二维图像采集组件、全息图像制作组件，所述二维图像采集组件的结构同实施例1，所述全息图像制作组件的结构包括激光器J、光学元器件、电动快门K、实施例1所制得的全息母板H1、全息干板H2、全息防震台、计算机，所述激光器J、光学元器件、电动快门K、全息母板H1、全息干板H2等组件均设置于全息防震台上，电动快门K通过接口与计算机相连接，所述光学元器件包括分束镜P、反射镜M1、M2、扩束镜L1、L2、准直镜L3，具体位置关系如图6所示，由图6可见，激光器J发出的激光经电动快门K到分束镜P的光线被分成参考光和物光，参考光经扩束镜L2、反射镜M2照射至全息干板H2的一侧，物光经反射镜M1、扩束镜L1、准直镜L3后照射至全息母板H1，其衍射光照射至全息干板H2，物光与参考光分别在全息干板H2的两侧照射，全息干板H2上记录了可以用白光再现的反射式全息立体图像。本反射式全息图可用白光再现反射式立体图像；即在观看时，用白光(比如射灯)从全息图一侧照明，可以在同一侧看到物体的立体图像。
实施例4图7示出了本全息立体图像记录与显示装置的再一种结构及作用方式，本本装置包括二维图像采集组件、全息图像制作组件，所述全息图像制作组件同实施例1，所述二维图像采集组件为虚拟摄像机，即计算机，利用计算机处理三维模型图形图像采集各视角的系列二维图像，具体过程见图7；本装置的其它操作过程同实施例1。
实施例5本全息立体图像记录与显示装置包括二维图像采集组件、全息图像制作组件，所述二维图像采集组件及作用过程同实施例4，所述全息图像制作组件同实施例2，本装置的其它操作过程同实施例2。
实施例6本全息立体图像记录与显示装置包括二维图像采集组件、全息图像制作组件，所述二维图像采集组件及作用过程同实施例4，所述全息图像制作组件同实施例3，本装置的其它操作过程同实施例3。
权利要求
1.一种全息立体图像记录与显示方法，其特征在于包括下述步骤(1)用拍摄设备连续移动拍摄景物，得到不同透视结构的二维图像，通过接口传到计算机中；也可以用计算机处理三维模型图形图像采集各视角的二维图像；(2)将所得到的系列二维图像在计算机的处理和控制下依次用液晶显示装置显示，作为全息记录的对象；(3)将每一幅液晶显示装置显示的二维图像按顺序记录在全息底片的一个窄条内，作为单元全息图，全部系列二维图像记录在整个全息底片上，作为全息母板。
2.根据权利要求1所述全息立体图像记录与显示方法，其特征在于用所述全息母板再现出实像，用此实像作为物体，参考光与物光在记录干板的同一侧入射，记录得到透射式全息图。
3.根据权利要求1所述全息立体图像记录与显示方法，其特征在于用所述全息母板再现出实像，用此实像作为物体，参考光与物光在记录干板的前后两侧分别入射，记录得到反射式像全息图。
4.根据权利要求1任一项所述全息立体图像记录与显示方法，其特征在于所述步骤(1)中数码或模拟摄像机或摄像机阵列在空间范围内，按圆弧运动轨迹，以1°～20°/秒角速度绕景物连续移动并连续拍摄。
5.一种全息立体图像记录与显示装置，包括二维图像采集组件、全息图像制作组件，其特征在于所述二维图像采集组件包括拍摄设备、可控旋转支架、计算机，所述拍摄设备安装在旋转支架上，所述拍摄设备、可控旋转支架分别与计算机相连接。
6.根据权利要求5所述的全息立体图像记录与显示装置，其特征在于所述全息图像制作组件包括激光器、光学元器件、位移狭缝、电动快门、可进行光学图像转换的液晶显示装置、计算机，所述激光器、液晶显示装置及位移狭缝与光学元器件相对设置，全息干板位于位移狭缝的一侧。
7.根据权利要求5所述的全息立体图像记录与显示装置，其特征在于所述拍摄设备为数码摄像机、模拟摄像机、数码照相机、数码摄像机阵列或数码照相机阵列。
8.一种全息立体图像记录与显示装置，其特征在于包括激光器、电动快门、光学元器件、全息干板及全息母板；激光器经电动快门至光学元器件的光线被分成参考光和物光，参考光经光学元器件后直接照射至全息干板一侧，物光经光学元器件后透过全息母板照射至全息干板同一侧，记录透射式全息图。
9.一种全息立体图像记录与显示装置，其特征在于包括激光器、电动快门、光学元器件、全息干板及全息母板；激光器经电动快门至光学元器件的光线被分成参考光和物光，参考光经光学元器件后直接从全息干板一侧入射，物光经光学元器件后透过全息母板从全息干板另一侧入射，记录反射式全息图。
10.根据权利要求1～4任一项所述的全息立体图像记录与显示方法的应用其特征在于用于广告宣传、会议展览、人物照相、艺术作品展示、防伪标识。
全文摘要
本发明提供一种全息立体图像记录与显示方法及装置，主要是用拍摄设备连续移动拍摄景物，得到不同透视结构的二维图像，通过接口传到计算机中；也可以用计算机处理三维模型图形图像采集各视角的二维图像；将所得到的系列二维图像在计算机的处理和控制下依次用液晶显示装置显示，作为全息记录的对象；将每一幅液晶显示装置显示的二维图像按顺序记录在全息底片的一个窄条内，作为单元全息图，全部系列二维图像记录在整个全息底片上，作为全息母板；利用此全息母板可制取透射式或反射式全息图；利用激光或白光照射全息图可还原三维立体图像。本发明显示效果好、操作简便、实施安全、适用范围广。
文档编号G06T1/00GK1560702SQ20041001534
公开日2005年1月5日 申请日期2004年2月16日 优先权日2004年2月16日
发明者王知衍, 关承祥 申请人:王知衍