本发明全息三维显示技术领域，尤其涉及一种由全息图进行三维物体重现的方法及装置。
背景技术：
全息技术给出一种重要的显示方式，全息三维显示是采用一幅二维的全息图，通过重建光场来完全还原原始物体，其最终效果是全息象和实物难以区分，就好像物体原来就在那里一样。从真实三维世界到二维全息图再到重建的三维物体，这样的方法使得观众在观看时不需要佩戴任何外部装置和设备；立体显示和真实世界融为一体，不会产生晕眩感；并且可以满足多人同时从不同角度观察同一物体的需求。
从原理上来说，通过二维图象还原二维图象是很容易的，但是通过一幅全息图象来复原三维物体，这就需要将物体的第三维信息精确地隐藏到全息图中，毫无疑问这对于数据信息量和还原方法提出了很高的要求。并且由于受到硬件以及算法的限制，现有的成果也不尽理想，尺寸小和分辨率低是其中最大的两个问题。
现有技术中，有通过拍摄三维物体不同角度的投影，计算这些投影的全息图，进而合成为一张完整全息图，包含有三维物体的全部信息；也有通过单角度投影加上建立中间平面的方法来获得完整全息图。然而这些全息图的获取方法都有一个显著的问题，那就是重建后的三维象只能在正前方附近的小角度内观察，这和三维全息显示可以大角度观看物体的初衷是有一定差距的。此外，现有的商用显示屏，其最大的分辨率为7680×4320，虽然已经非常高了，但对于三维全息来说，依然难以满足高数据高象素的要求。
因此，如何更好多角度、大角度、高分辨率地再现出三维重建象成为亟待解决的技术问题。
技术实现要素：
本发明的目的旨在至少在一定程度上解决上述的技术问题之一。
为此，本发明的第一个目的在于提出的由全息图进行三维物体重现的方法，利用不同角度的多张全息图重建三维物体时，各个全息图只需对相应空间位置的三维物体进行重建，通过多张全息图，可以360°记录和再现原始的三维物体和场景，实现全角度观察三维物体，并且每张全息图只需要对相应空间位置的三维物体进行重建，这大大降低了在显示的时候对于像素点的要求。
为此，本发明的第二个目的在于提出由全息图进行三维物体重现的装置。
为此，本发明的第三个目的在于提出计算机设备。
为此，本发明的第四个目的在于提出计算机程序产品。
为此，本发明的第五个目的在于提出非临时性计算机可读存储介质。
为了实现上述目的，本发明第一方面实施例的由全息图进行三维物体重现的方法，包括：
确定三维物体的n个不同角度的全息平面和n个不同角度的物像平面，其中，n个全息平面顺次连接所得为n+2面的多面体，n个不同的物像平面顺次连接所得为n+2面的多面体，一个全息平面对应一个物体平面，n为大于或等于3的正整数；
获取三维物体在各个全息平面上的正方向的全息图；
利用再现光照射各个方向上的全息图，获取每个全息图在相对应的物像平面所形成的重建光场；
将各个重建光场按照物像平面的连接次序进行截取、旋转和拼接，形成三维物体的全景重建光场，以重现三维物体。
如上所述的方法，各个全息平面的尺寸相同，且各个物像平面的尺寸相同。
如上所述的方法，所述多面体为以下棱柱中任一种：三棱柱、四棱柱、六棱柱、八棱柱、十二棱柱。
为达上述目的，本发明第二方面实施例提出了由全息图进行三维物体重现的装置，包括：
确定模块，用于确定三维物体的n个不同角度的全息平面和n个不同角度的物像平面，其中，n个全息平面顺次连接所得为n+2面的多面体，n个不同的物像平面顺次连接所得为n+2面的多面体，一个全息平面对应一个物体平面，n为大于或等于3的整数；
获取模块，用于获取三维物体在各个全息平面上的正方向的全息图；
重建模块，用于利用再现光照射各个方向上的全息图，获取每个全息图在相对应的物像平面所形成的重建光场；
重现模块，用于将各个重建光场按照物像平面的连接次序进行截取、旋转和拼接，形成三维物体的全景重建光场，以重现三维物体。
如上所述的装置，各个全息平面的尺寸相同，且各个物像平面的尺寸相同。
如上所述的装置，所述多面体为以下棱柱中任一种：三棱柱、四棱柱、六棱柱、八棱柱、十二棱柱。
为达上述目的，本发明第三方面实施例提出了一种计算机设备，包括：处理器和存储器，其中，所述处理器通过读取所述存储器中存储的可执行程序代码来运行与所述可执行程序代码对应的程序，以用于实现如本发明实施例第一方面所述的由全息图进行三维物体重现的方法。
为达上述目的，本发明第四方面实施例提出了一种计算机程序产品，当所述计算机程序产品中的指令由处理器执行时，执行如第一方面实施例所述的由全息图进行三维物体重现的方法。
为达上述目的，本发明第五方面实施例提出了一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，当计算机程序被处理器执行时实现如第一方面实施例所述的由全息图进行三维物体重现的方法。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中，
图1为常规的三维物体的全息图；
图2为本发明示例性的三维物体的全息图；
图3为本发明一实施例的由全息图进行三维物体重现的方法的流程示意图；
图4为本发明示例性的重现三维物体的示意图；
图5为本发明一实施例的由全息图进行三维物体重现的装置的结构示意图；
图6示出了适于用来实现本发明实施方式的示例性计算机设备的框图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参考附图描述本发明实施例的由全息图进行三维物体重现的方法及装置。
在此先介绍本发明的主要思想，如下：
图1为常规的三维物体的全息图的示意图；图2为本发明示例性的三维物体的全息图的示意图。在图1和图2中，虚线代表物像平面，实线代表全息平面。虚线箭头代表由三维物体获取全息图的过程，实线箭头代表由全息图重建三维物体的过程。需要指出的是，在三维空间坐标系(x，y，z)中，图1和图2的观察角度为平行于y轴，在该观察角度下所有垂直于z轴也即平行于x-y平面的二维平面都变成一维的了，这些二维平面中也包括物像平面和全息平面，其中，默认全息平面为z轴零点。
在图1中，只用一张全息图重建三维物体。在图2中，由多张不同角度的全息图重建三维物体，具体地，每张全息图负责特定空间位置的重建光场，处理各个重建光场即可得到完整的三维重建像，实现三维物体的重现。
利用图1所示的全息图重建三维物体时，实际上只能重建出顺着参考光部分的三维物体，也即当观察者逆着z轴观看时，最多只能观看到正面180°的场景而无法观看背面180°的场景，因为背面场景衍射出的光场，其传播方向和参考光相反，无法进行干涉从而记录到空间光调制器上。
利用图2所示的多个全息图重建三维物体时，各个全息图只需对相应空间位置的三维物体进行重建，通过多张全息图，可以360°记录和再现原始的三维物体和场景，实现全角度观察三维物体。并且每张全息图只需要对原只需对相应空间位置的三维物体进行重建，这大大降低了在显示的时候对于像素点的要求。
图3为本发明一实施例的由全息图进行三维物体重现的方法的流程示意图。该方法的执行主体为由全息图进行三维物体重现的装置，该装置可以由软件和/或硬件的结合组成，例如，该装置为空间光调制器。
如图3所示，本实施例提供的由全息图进行三维物体重现的方法，包括以下步骤：
s101、确定三维物体的n个不同角度的全息平面和n个不同角度的物像平面。
具体地，n个全息平面顺次连接所得为n+2面的多面体，n个不同的物像平面顺次连接所得为n+2面的多面体，一个全息平面对应一个物体平面，n为大于或等于3的正整数。
需要指出的是，n个全息平面均为多面体的侧面，n个不同的物像平面均为多面体的侧面。
在本实施例中，对分别由三维物体的多个不同角度的物像平面和全息平面形成的多面体的结构不做具体限制，所形成的多面体的底面可以是三角形、四边形、五边形、六边形、八边形、十二边形等多边形，所形成的多面体的各个侧面的尺寸可以相同，也可以不同。
从理论上来说，可以不断提高多面体的底面的边数，最终将趋于一个圆形，但随着边数的增加，计算复杂度也会相应增加，因此，需合理设计分别由三维物体的多个不同角度的物像平面和全息平面形成的多面体的结构。具体地，所设计的多面体可以三棱柱、四棱柱、六棱柱、八棱柱、十二棱柱等中的一种。当然，设计各个全息平面的尺寸相同，所得到多面体比较规范，相应地，利用尺寸相同的物像平面，所得到的多面体也比较规范，可以进一步地降低计算复杂度。
s102、获取三维物体在各个全息平面上的正方向的全息图。
以图2为例，在图2中，共有六个物像平面和六个全息平面，共能够得到六个全息图。对每个全息图，虚线箭头所示的方向为相应全息平面的正方向，当三维物体被光源照射后，其物体光场在经过一段距离的菲涅耳衍射后到达全息平面，并在全息平面上形成一束与物体光场互为相干光的参考光，利用诸如空间光调制器等进行调制，得到三维物体在该全息平面上的正方向的全息图。需要指出的是，关于获取三维物体的全息图可参见现有技术，在此不再赘述。
s103、利用再现光照射各个方向上的全息图，获取每个全息图在相对应的物像平面所形成的重建光场。
具体地，用再现光照射全息图，当再现光和获取全息图时的参考光相同时可以成功重建原始三维物体。具体重建过程为：经过再现光照射后的全息图，其在全息平面上的光场经过一段距离的菲涅耳衍射后到达物像平面，将会在原来的物像平面附近得到重建光场。当人眼在全息平面右侧逆着z轴正方向观察重建光场时，就能在物像平面附近看到原始的三维物体。需要指出的是，关于通过全息图重现三维物体可参见现有技术，在此不再赘述。
以图2为例，在图2中，共有六个物像平面和六个全息平面，共能够得到六个全息图，相应地，利用再现光照射各个方向上的全息图时，得到六个重建光场。对每个重建光场，实线箭头所示的方向为相应物像平面的正方向：经过再现光照射后的全息图，其在全息平面上的光场经过一段距离的菲涅耳衍射后到达物像平面，将会在原来的物像平面附近得到重建光场。
s104、将各个重建光场按照物像平面的连接次序进行截取、旋转和拼接，形成三维物体的全景重建光场，以重现三维物体。
在本实施例中，在步骤s102中得到的各个全息图都是在各个全息平面的正方向上得到的，以及在步骤s103中得到的各个重建光场都是在各个物像平面的正方向上得到的，因此，需要对各个重建光场按照物像平面的连接次序进行截取、旋转和拼接，形成三维物体的全景重建光场，以重现三维物体。
图4为本发明示例性的重现三维物体的示意图。以图4为例，图4中的上部分包括六个不同角度的重建光场(灰色部分为重建光场)，每个重建光场占据再现空间的60°/180°＝1/3(以多面体为正六棱柱为例)。将六个不同角度的重建光场按照物像平面的连接次序进行截取、旋转和拼接，形成三维物体的全景重建光场(如图4中的下部分中的灰色部分)。当人眼在全息平面右侧逆着z轴正方向观察该全景重建光场时，就能在物像平面附近看到原始的三维物体。
本实施例提供的由全息图进行三维物体重现的方法，利用不同角度的多张全息图重建三维物体时，各个全息图只需对相应空间位置的三维物体进行重建，通过多张全息图，可以360°记录和再现原始的三维物体和场景，实现全角度观察三维物体，并且每张全息图只需要对相应空间位置的三维物体进行重建，这大大降低了在显示的时候对于像素点的要求。
图5为本发明一实施例的由全息图进行三维物体重现的装置的结构示意图。该装置为上述实施例所述的由全息图进行三维物体重现的方法的执行主体，该装置可以由软件和/或硬件的结合组成，例如，该装置为空间光调制器。
如图5所示，本实施例提供的由全息图进行三维物体重现的装置，包括：
确定模块01，用于确定三维物体的n个不同角度的全息平面和n个不同角度的物像平面，其中，n个全息平面顺次连接所得为n+2面的多面体，n个不同的物像平面顺次连接所得为n+2面的多面体，一个全息平面对应一个物体平面，n为大于或等于3的整数。
获取模块02，用于获取三维物体在各个全息平面上的正方向的全息图。
重建模块03，用于利用再现光照射各个方向上的全息图，获取每个全息图在相对应的物像平面所形成的重建光场。
重现模块04，用于将各个重建光场按照物像平面的连接次序进行截取、旋转和拼接，形成三维物体的全景重建光场，以重现三维物体。
进一步地，各个全息平面的尺寸相同，且各个物像平面的尺寸相同。
进一步地，所述多面体为以下棱柱中任一种：三棱柱、四棱柱、六棱柱、八棱柱、十二棱柱。
关于本实施例中的装置，其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。
本实施例提供的由全息图进行三维物体重现的装置，利用不同角度的多张全息图重建三维物体时，各个全息图只需对相应空间位置的三维物体进行重建，通过多张全息图，可以360°记录和再现原始的三维物体和场景，实现全角度观察三维物体，并且每张全息图只需要对相应空间位置的三维物体进行重建，这大大降低了在显示的时候对于像素点的要求。
图6示出了适于用来实现本发明实施方式的示例性计算机设备20的框图。图6显示的计算机设备20仅仅是一个示例，不应对本发明实施例的功能和使用范围带来任何限制。
如图6所示，计算机设备20以通用计算设备的形式表现。计算机设备20的组件可以包括但不限于：一个或者多个处理器或者处理单元21，系统存储器22，连接不同系统组件(包括系统存储器22和处理单元21)的总线23。
总线23表示几类总线结构中的一种或多种，包括存储器总线或者存储器控制器，外围总线，图形加速端口，处理器或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。举例来说，这些体系结构包括但不限于工业标准体系结构(industrystandardarchitecture；以下简称：isa)总线，微通道体系结构(microchannelarchitecture；以下简称：mac)总线，增强型isa总线、视频电子标准协会(videoelectronicsstandardsassociation；以下简称：vesa)局域总线以及外围组件互连(peripheralcomponentinterconnection；以下简称：pci)总线。
计算机设备20典型地包括多种计算机系统可读介质。这些介质可以是任何能够被计算机设备20访问的可用介质，包括易失性和非易失性介质，可移动的和不可移动的介质。
系统存储器22可以包括易失性存储器形式的计算机系统可读介质，例如随机存取存储器(randomaccessmemory；以下简称：ram)30和/或高速缓存存储器32。计算机设备可以进一步包括其它可移动/不可移动的、易失性/非易失性计算机系统存储介质。仅作为举例，存储系统34可以用于读写不可移动的、非易失性磁介质(图6未显示，通常称为“硬盘驱动器”)。尽管图6中未示出，可以提供用于对可移动非易失性磁盘(例如“软盘”)读写的磁盘驱动器，以及对可移动非易失性光盘(例如：光盘只读存储器(compactdiscreadonlymemory；以下简称：cd-rom)、数字多功能只读光盘(digitalvideodiscreadonlymemory；以下简称：dvd-rom)或者其它光介质)读写的光盘驱动器。在这些情况下，每个驱动器可以通过一个或者多个数据介质接口与总线23相连。存储器22可以包括至少一个程序产品，该程序产品具有一组(例如至少一个)程序模块，这些程序模块被配置以执行本发明各实施例的功能。
具有一组(至少一个)程序模块42的程序/实用工具40，可以存储在例如存储器22中，这样的程序模块42包括但不限于操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。程序模块42通常执行本发明所描述的实施例中的功能和/或方法。
计算机设备20也可以与一个或多个外部设备50(例如键盘、指向设备、显示器60等)通信，还可与一个或者多个使得用户能与该计算机设备20交互的设备通信，和/或与使得该计算机设备20能与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备(例如网卡，调制解调器等等)通信。这种通信可以通过输入/输出(i/o)接口24进行。并且，计算机设备20还可以通过网络适配器25与一个或者多个网络(例如局域网(localareanetwork；以下简称：lan)，广域网(wideareanetwork；以下简称：wan)和/或公共网络，例如因特网)通信。如图所示，网络适配器25通过总线23与计算机设备20的其它模块通信。应当明白，尽管图中未示出，可以结合计算机设备20使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理单元、外部磁盘驱动阵列、raid系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统等。
处理单元21通过运行存储在系统存储器22中的程序，从而执行各种功能应用以及数据处理，例如实现图3所示的由全息图进行三维物体重现的方法。
可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(readonlymemory；以下简称：rom)、可擦式可编程只读存储器(erasableprogrammablereadonlymemory；以下简称：eprom)或闪存、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(cd-rom)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。
计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。
计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于无线、电线、光缆、rf等等，或者上述的任意合适的组合。
可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本发明操作的计算机程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言诸如java、smalltalk、c++，还包括常规的过程式程序设计语言诸如“c”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络包括局域网(localareanetwork；以下简称：lan)或广域网(wideareanetwork；以下简称：wan)连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
为了实现上述实施例，本发明还提出一种计算机程序产品，当计算机程序产品中的指令由处理器执行时，执行如前述实施例所述的由全息图进行三维物体重现的方法。
为了实现上述实施例，本发明还提出一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，当该计算机程序被处理器执行时能够实现如前述实施例所述的由全息图进行三维物体重现的方法。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(ram)，只读存储器(rom)，可擦除可编辑只读存储器(eprom或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(cdrom)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场可编程门阵列(fpga)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。