一种基于单个SLM抑制计算全息再现像斑点噪声的方法与流程

本发明涉及全息显示领域，具体地说，涉及一种基于单个slm抑制计算全息再现像斑点噪声的方法。

背景技术：

斑点噪声是计算全息显示中存在的固有问题，严重降低了再现像的质量，它主要由以下原因引起。首先是全息图的生成算法，在全息图的生成过程中，衍射计算所基于的理论存在着一定的近似和误差，它们在再现像中以斑点噪声的形式出现。其次是相干光源的使用，当相干光通过再现系统时，光学器件及接收板的粗糙性会给再现像带来随机的光强分布，即为斑点噪声。另外，为了表现物体的扩散特性，我们一般会在物光波函数中加入一个随机相位因子，此相位因子也会导致斑点噪声的出现。同时，接收板上相邻的像点会以艾里斑的形式发生相干叠加，进一步产生斑点噪声。为了提升再现像的质量，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。较弱相干光法的再现光学系统需要使用扩散板或者两个空间光调制器（slm，spatiallightmodulator）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均需制作多幅全息图，不仅增加了全息图的计算负担，还对slm的刷新率提出了更高的要求，很难实现动态全息显示。因此，使用少量全息图和简单光学系统实现斑点噪声抑制方法的提出很有意义。

技术实现要素：

本发明提出一种基于单个slm抑制计算全息再现像斑点噪声的方法，该方法使用像素分离间隔将被记录物体分离成多个物点组，每一个物点组对应生成若干幅具有独立随机初始相位的子全息图（sub-cgh）。然后sub-cgh被加载到单个slm上进行再现，在人眼的视觉暂留效应之内，利用时间复用法，同一个物点组对应的sub-cgh生成一个最终子再现像，不同物点组的最终子再现像形成一个再现像。因此，通过平均子再现像中的斑点噪声和减少最终子再现像中相邻艾里斑之间的重叠面积，实现再现像中斑点噪声的抑制。

如附图1所示，本发明一种基于单个slm抑制计算全息再现像斑点噪声的流程如下：

首先取像素分离间隔n（n=2、3、4……）将被记录物体分离成n²个物点组。对于被记录物体上的任意一个像素，在其上下左右各方向上，它与分别相邻的第n个像素位于同一个物点组中，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。然后，利用衍射算法记录所有物点组的信息，每一个物点组均生成v（v=2、3、4……）幅相位型sub-cgh，并且sub-cgh之间具有独立的随机初始相位，n²个物点组共生成vn²幅sub-cgh。最后，将vn²幅sub-cgh进行再现，光学再现系统结构如附图2所示。激光为再现光源，滤波器对激光进行滤波和扩束，透镜实现激光的准直，slm加载sub-cgh，且slm刷新率的值h大于或等于sub-cgh的数目vn²。再现过程中，设置每幅sub-cgh的工作时间在人眼的视觉暂留时间之内，同一个物点组对应的v幅sub-cgh生成v个子再现像，经过时间复用，v个子再现像形成一个最终子再现像，且子再现像中的斑点噪声得到平均。若最终子再现像和子再现像的斑点噪声对比度分别记作c和c0，根据斑点噪声的统计学规律，两者满足：

（1）

所以，最终子再现像的斑点噪声对比度降低为子再现像的，斑点噪声被抑制，且随着v的增加，斑点噪声抑制效果越显著。n²个物点组对应生成n²个最终子再现像，再次通过时间复用方法，n²个最终子再现像形成包含完整信息的再现像。在此过程中，最终子再现像中相邻艾里斑之间的重叠面积被减小，进一步地抑制再现像中的斑点噪声，且随着像素分离间隔n的增加，斑点噪声抑制效果越明显。

附图说明

本发明的前述和附加的方面及优点从下述结合附图与实施例的详细描述中将得以进一步明确和容易理解，其中：

附图1为本发明方法抑制计算全息再现像斑点噪声的流程图。

附图2为本发明方法光学再现系统结构示意图。

上述附图中的图示标号为：

1激光，2滤波器，3透镜，4slm，5接收板。

应该理解上述附图只是示意性的，并没有按比例绘制。

具体实施方式

下面详细说明利用本发明一种基于单个slm抑制计算全息再现像斑点噪声的方法的一个典型实施例，对本发明进行进一步的具体描述。

本发明基于单个slm抑制计算全息再现像斑点噪声的流程如下：

首先取像素分离间隔n=2将被记录物体分离成4个物点组。对于被记录物体上的任意一个像素，在其上下左右各方向上，它与分别相邻的第2个像素位于同一个物点组中，而任意一个2×2的像素矩阵中所包含的4个物点则被分离到不同的4个物点组中。然后，利用衍射算法记录所有物点组的信息，每一个物点组均生成v=4幅相位型sub-cgh，并且sub-cgh之间具有独立的随机初始相位，4个物点组共生成16幅sub-cgh。最后，将16幅sub-cgh进行再现。本案例使用绿色激光为再现光源，滤波器对激光进行滤波和扩束，透镜实现激光的准直，slm加载sub-cgh，且slm的刷新率为60hz。再现过程中，设置每幅sub-cgh的工作时间为0.04s，小于人眼的视觉暂留时间，同一个物点组对应的4幅sub-cgh生成4个子再现像，经过时间复用，4个子再现像形成一个最终子再现像，且子再现像中的斑点噪声得到平均。若最终子再现像和子再现像的斑点噪声对比度分别记作c和c0，根据斑点噪声的统计学规律，两者满足。所以，最终子再现像的斑点噪声对比度降低为子再现像的1/2，斑点噪声被抑制。4个物点组对应生成4个最终子再现像，再次通过时间复用方法，4个最终子再现像形成包含完整信息的再现像。在此过程中，最终子像中相邻艾里斑之间的重叠面积被减小，进一步地抑制再现像中的斑点噪声。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

技术特征：

技术总结
本发明提出一种基于单个SLM抑制计算全息再现像斑点噪声的方法，该方法使用像素分离间隔将被记录物体分离成多个物点组，每一个物点组对应生成若干幅具有独立随机初始相位的sub‑CGH。然后sub‑CGH被加载到单个SLM上进行再现，在人眼的视觉暂留效应之内，利用时间复用法，同一个物点组对应的sub‑CGH生成一个最终子再现像，不同物点组的最终子再现像形成一个再现像。因此，通过平均子再现像中的斑点噪声和减少最终子再现像中相邻艾里斑之间的重叠面积，实现再现像中斑点噪声的抑制。

技术研发人员：刘素娟;翟凤潇;王东琳;刘楠楠;张志峰;张晓东;郝蕴琦;张瑞亮;杨坤
受保护的技术使用者：郑州轻工业学院
技术研发日：2018.10.23
技术公布日：2019.08.06