本发明涉及投影显示技术领域，尤其涉及一种二维全息投影显示方法及系统。
背景技术：
基于相位型调制器件的二维全息投影装置大多基于快速傅立叶变换算法，由于快速傅立叶变换算法自身隐含了对空域和频域的取样限制，因此，其频域和空域有严格的对应关系。在二维全息投影中，成像面为空域平面，空间光调制器为频域平面，两个平面构成傅立叶变换关系，通过在空间光调制器表面加载计算得到的相位分布图图像编码，可在成像面上得到二维影像。
受到傅立叶变换关系限制，成像区域的大小仅由空间光调制器的像素间距a决定，而与空间光调制器可用区域的大小无关。现有的空间光调制器像素一般为二维等间距排布，因此在成像面上形成的影像区域为方形，而空间光调制器本身的可用调制区域一般为矩形(例如较典型的空间光调制器具有分辨率为16：9的矩形调制区域)，应用于方形显示会造成长边方向上的过采样，导致计算资源和空间光调制器的空间带宽积的浪费。另外，人的视觉更加习惯观看矩形的影像区域，全息投影形成的方形的影像区域并不适合人的观看习惯。
技术实现要素：
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明的第一个目的在于提出一种二维全息投影显示方法，以避免计算资源和空间光调制器的空间带宽积的浪费，并形成适合人的观看习惯的影像区域。
本发明的第二个目的在于提出一种二维全息投影显示系统。
为达上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种二维全息投影显示方法，空间光调制器在长度方向上划分为第一调制区域和第二调制区域，所述显示包括：
第一入射光束以第一入射角度照射所述第一调制区域，在成像面上形成第一投影区域；
第二入射光束以第二入射角度照射所述第二调制区域，在所述成像面上形成第二投影区域，所述第二投影区域与所述第一投影区域在所述空间光调制器的长度方向上紧密贴合或部分重合，拼接形成接近矩形的影像区域。
本发明实施例的二维全息投影显示方法，两个不同入射角度的入射光束分别照射空间光调制器在长度方向上划分为的两个调制区域，在成像面上形成的两个投影区域拼成形成接近矩形的影像区域。空间光调制器在长度方向上划分为两个调制区域，使得每个调制区域接近方形，应用于方形显示避免了长边方向上的过采样，从而避免了计算资源和空间光调制器的空间带宽积的浪费。在成像面上形成的接近矩形的影像区域，适合人的观看习惯。
为达上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种二维全息投影显示系统，包括：照明装置、空间光调制器和成像面，所述空间光调制器在长度方向上划分为第一调制区域和第二调制区域；
所述照明装置，用于发射第一入射角度的第一入射光束和第二入射角度的第二入射光束；
所述第一调制区域，用于对以所述第一入射角度照射的所述第一入射光束进行相位调制处理，在所述成像面上形成第一投影区域；
所述第二调制区域，用于对以所述第二入射角度照射的所述第二入射光束进行相位调制处理，在所述成像面上形成第二投影区域，所述第二投影区域与所述第一投影区域在所述空间光调制器的长度方向上紧密贴合或部分重合，拼接形成接近矩形的影像区域。
本发明实施例的二维全息投影显示系统，两个不同入射角度的入射光束分别照射空间光调制器在长度方向上划分为的两个调制区域，在成像面上形成的两个投影区域拼成形成接近矩形的影像区域。空间光调制器在长度方向上划分为两个调制区域，使得每个调制区域接近方形，应用于方形显示避免了长边方向上的过采样，从而避免了计算资源和空间光调制器的空间带宽积的浪费。在成像面上形成的接近矩形的影像区域，适合人的观看习惯。
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为平行光束垂直入射空间光调制器时二维全息投影的几何关系示意图；
图2为平行光束斜入射空间光调制器时二维全息投影的几何关系示意图；
图3为本发明提供的二维全息投影显示方法一个实施例的流程示意图；
图4为本发明实施例的二维全息投影的显示方法的应用场景示意图一；
图5为一维的衍射强度分布示意图；以及
图6为本发明实施例的二维全息投影的显示方法的应用场景示意图二。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，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。
为清楚说明本发明实施例的二维全息投影显示方法及系统，下面对二维全息投影的几何关系进行详细描述。
图1为平行光束垂直入射空间光调制器时二维全息投影的几何关系示意图。如图1所示，平行光束垂直入射空间光调制器11时，在成像面12上形成方形影像区域。假设空间光调制器11像素为二维等间距排布，像素间隔为a，空间光调制器11与成像面12之间的距离为d，则平行光束的入射方向，与影像区域的边界与调制器中心的连线之间的夹角为θ满足如下关系：
图2为平行光束斜入射空间光调制器时二维全息投影的几何关系示意图。如图2所示，平行光束斜入射空间光调制器11时，影像区域的中心发生偏移，在成像面12上形成接近矩形的梯形影像区域(即图2中的实际投影区域)。假设空间光调制器11像素为二维等间距排布，像素间隔为a，空间光调制器11与成像面12之间的距离为d，平行光束的入射方向与空间光调制器11的法线之间的夹角为α，则平行光束的入射方向，与影像区域的边界与空间光调制器11中心的连线之间的夹角为θ满足如下关系：
下面参考附图描述本发明实施例的二维全息投影显示方法及系统。
图3为本发明提供的二维全息投影显示方法一个实施例的流程示意图。如图3所示，该二维全息投影显示方法包括：
s301，第一入射光束以第一入射角度照射第一调制区域，在成像面上形成第一投影区域。
s302，第二入射光束以第二入射角度照射第二调制区域，在成像面上形成第二投影区域，第二投影区域与第一投影区域在空间光调制器的长度方向上紧密贴合或部分重合，拼接形成接近矩形的影像区域。
具体的，图4为本发明实施例的二维全息投影的显示方法的应用场景示意图。如图4所示，本发明实施例中，将矩形空间光调制器11在长度方向上划分为第一调制区域111和第二调制区域112，例如较典型的空间光调制器11具有分辨率为16：9的矩形调制区域，划分为两个具有分辨率8：9的接近方形的矩形调制区域。两个矩形调制区域接近方形，应用于方形显示避免了长边方向上的过采样，从而避免了计算资源和空间光调制器的空间带宽积的浪费。
照明装置41发射两个不同入射角度(即第一入射角度和第二入射角度)的入射光束(即第一入射光束和第二入射光束)，分别照射在两个接近方形的矩形调制区域(即第一调制区域111和第二调制区域112)上，在成像面12上形成两个接近矩形的梯形投影区域(即两个入射光束均为斜入射时，形成的第一投影区域和第二投影区域)，或者形成一个方形投影区域和一个接近矩形的梯形投影区域(即两个入射光束中一个为垂直入射，另一个为斜入射时，形成的第一投影区域和第二投影区域)，且在成像面12上形成的两个投影区域，即第一投影区域(即图4中的投影区域1)和第二投影区域(即图4中的投影区域2)，紧密贴合或部分重合，从而拼接形成接近矩形的影像区域(即接近图4中虚线矩形框的影像区域)。图4中以两个斜入射的入射光束形成两个接近矩形的梯形投影区域，且紧密贴合，从而拼接形成接近矩形的影像区域为例示出。在成像面12上形成的接近矩形的影像区域，适合人的观看习惯。
进一步的，理想情况下，空间光调制器11表面两个调制区域需要分别全面照射并在边界上截断，避免相互影响，这在工程上难以实现。由于全息图具有携带待呈现图像全部信息的特点，仅有部分光束照明的情况下，投影平面也能显示出较完整的影像。基于此，可以使照明装置41发射的两个入射光束在两个调制区域的交界位置形成截断，大大降低了对照明装置41的工程要求。
进一步的，由于入射光束斜入射时，在成像面12上形成的投影区域具有侧向偏移，因此投影区域具有梯形畸变，形成接近矩形的梯形投影区域，同时，投影区域的侧向偏移会导致投影区域的放大率发生改变，且入射角度不同，放大率不同，即两个不同入射角度的入射光束形成的两个投影区域的放大率不同，导致两个投影区域的面积不同。例如图4所示的两个斜入射的入射光束，第一入射光束的入射方向与空间光调制器11的法线之间的夹角为α，第二入射光束的入射方向与空间光调制器11的法线之间的夹角为α’，假设空间光调制器11像素为二维等间距排布，像素间隔为a，空间光调制器11与成像面12之间的距离为d，则第一入射光束的入射方向与第一投影区域的边界与第一调制区域111中心的连线之间的夹角为θ满足如下关系：
梯形畸变和放大率改变叠加在投影区域上表现为图像畸变。基于此，为校正图像畸变，可以对第一调制区域111加载的图像编码，进行与第一投影区域的图像畸变相反的图像校正处理，使得第一投影区域校正为矩形区域。对第二调制区域112加载的图像编码，进行与第二投影区域的图像畸变相反的图像校正处理，使得第二投影区域校正为矩形区域。校正后的第一投影区域和校正后的第二投影区域拼接形成矩形的影像区域，即从接近矩形的影像区域校正为矩形的影像区域，例如图4中的虚线框内的矩形区域。图4中，在空间光调制器11的宽度方向上，第一投影区域的短边长度m小于长边长度n即m<n，第二投影区域的短边长度m’小于长边长度n’即m’<n’，第一投影区域的短边长度m小于第二投影区域的短边长度m’即m<m’，因此校正后的第一投影区域、校正后的第二投影区域和拼接形成的矩形的影像区域的短边长度(即在空间光调制器11的宽度方向上的长度)，均等于第一投影区域和第二投影区域在空间光调制器11的宽度方向上的长度的最小值。例如图4中的校正后的第一投影区域、校正后的第二投影区域和矩形的影像区域的短边长度均等于第一投影区域的短边长度m。在空间光调制器11的宽度方向上，拼接形成的矩形的影像区域的长边长度最长可达l+l’(两个投影区域紧密贴合无重合时)，最大可实现相对图1或图2所示的现有的影像区域面积接近两倍的显示区域。通过调节第一入射光束的第一入射角度和/或第二入射光束的第二入射角度，可以灵活调节在成像面12上形成的影像区域的长宽比例。
进一步的，如图5所示的一维的衍射强度分布示意图，横坐标为投影区域的坐标，纵坐标为投影区域的显示亮度，投影区域的显示亮度呈辛格函数(sinc)分布，实用的显示区域如图5中所划出区间，为了保证输出投影区域的亮度均匀性，可以对第一调制区域111和第二调制区域112加载的图像编码，分别进行亮度均匀上的预处理，即：
其中，
x为在空间光调制器11的长度方向上的坐标；
y为在空间光调制器11的长度方向上的坐标；
i(x，y)为预处理前的图像编码亮度；
in(x，y)为预处理后的图像编码亮度；
a为空间光调制器11的像素间隔。
进一步的，如图6所示，在图4的基础上，为了避免杂散光和空间光调制器11产生的高级次衍射，可以采用滤波器61对经第一调制区域111和第二调制区域112处理后形成的光信号，分别进行滤波处理。在实际应用中，还可以采用第一凸透镜62将经第一调制区域111和第二调制区域112处理后形成的发散的光信号，会聚至滤波器61，采用第二凸透镜63将经滤波器61处理后的发散的光信号，会聚至成像面12上，保证了在不改变成像面12上投影区域的前提下，方便滤波器61滤波。
此处需要说明的是，本发明实施例中的空间光调制器11可以采用反射型硅基液晶(liquidcrystalonsilicon，简称lcos)器件，也可以采用液晶显示器(liquidcrystaldisplay，简称lcd)面板等器件。
本实施例中，两个不同入射角度的入射光束分别照射空间光调制器在长度方向上划分为的两个调制区域，在成像面上形成的两个投影区域拼成形成接近矩形的影像区域。空间光调制器在长度方向上划分为两个调制区域，使得每个调制区域接近方形，应用于方形显示避免了长边方向上的过采样，从而避免了计算资源和空间光调制器的空间带宽积的浪费。在成像面上形成的接近矩形的影像区域，适合人的观看习惯。
基于上一实施例的二维全息投影显示方法，本发明还提供了一种二维全息投影显示系统。如图4所示，本发明实施例的二维全息投影的显示系统，包括：照明装置41、空间光调制器11和成像面12，空间光调制器11在长度方向上划分为第一调制区域111和第二调制区域112。
照明装置41，用于发射第一入射角度的第一入射光束和第二入射角度的第二入射光束。
第一调制区域111，用于对以第一入射角度照射的第一入射光束进行相位调制处理，在成像面12上形成第一投影区域。
第二调制区域112，用于对以第二入射角度照射的第二入射光束进行相位调制处理，在成像面12上形成第二投影区域，第二投影区域与第一投影区域在空间光调制器11的长度方向上紧密贴合或部分重合，拼接形成接近矩形的影像区域。
进一步的，在本发明实施例的一种可能的实现方式中，照明装置41可具体用于：发射在第一调制区域111和第二调制区域112的交界位置形成截断的第一入射光束和第二入射光束。
进一步的，在本发明实施例的一种可能的实现方式中，第一调制区域111还用于：加载经过与第一投影区域的图像畸变相反的图像校正处理后的图像编码，使得第一投影区域校正为矩形区域；
第二调制区域112还用于：加载经过与第二投影区域的图像畸变相反的图像校正处理后的图像编码，使得第二投影区域校正为矩形区域；
其中，校正后的第一投影区域和校正后的第二投影区域拼接形成矩形的影像区域，校正后的第一投影区域、校正后的第二投影区域和矩形的影像区域的短边长度，均等于第一投影区域和第二投影区域在空间光调制器11的宽度方向上的长度的最小值。
进一步的，在本发明实施例的一种可能的实现方式中，第一调制区域111还用于：加载经过亮度均匀上的预处理后的图像编码；第二调制区域112还用于：加载经过亮度均匀上的预处理后的图像编码。
进一步的，如图6所示，在本发明实施例的一种可能的实现方式中，本发明实施例的二维全息投影的显示系统还可以包括：滤波器61，用于对经第一调制区域和第二调制区域处理后形成的光信号，分别进行滤波处理。
进一步的，如图6所示，在本发明实施例的一种可能的实现方式中，本发明实施例的二维全息投影的显示系统还可以包括：第一凸透镜62，用于将经第一调制区域和第二调制区域处理后形成的光信号，会聚至滤波器61；第二凸透镜63，用于将经滤波器61处理后的光信号，会聚至成像面12上。
进一步的，在本发明实施例的一种可能的实现方式中，照明装置41还可用于：调节发射的第一入射光束的第一入射角度和/或第二入射光束的第二入射角度，以调节在成像面12上形成的影像区域的长宽比例。
需要说明的是，前述对二维全息投影显示方法实施例的解释说明也适用于该实施例的二维全息投影显示系统，此处不再赘述。
本实施例中，两个不同入射角度的入射光束分别照射空间光调制器在长度方向上划分为的两个调制区域，在成像面上形成的两个投影区域拼成形成接近矩形的影像区域。空间光调制器在长度方向上划分为两个调制区域，使得每个调制区域接近方形，应用于方形显示避免了长边方向上的过采样，从而避免了计算资源和空间光调制器的空间带宽积的浪费。在成像面上形成的接近矩形的影像区域，适合人的观看习惯。
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，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。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。