1.本发明涉及一种全息显示技术，特别是球面全息图生成方法。
背景技术：
2.全息显示作为一种最理想的真三维显示技术，一直受到极大的关注。球面全息因其显示的视角范围极大而受到广泛的研究。在研究球面全息图的生成与重建时，为了避免重建图像出现混叠现象，影响观看质量，通常使用一种遮挡剔除的方法。该方法是在生成球面全息图时，将球面衍射模型全息面中相对于显示面被遮挡的面剔除，从而来消除混叠。然而，基于遮挡剔除的方法的衍射模型在实际光路系统中的光学利用率较低，会影响重建图像的质量和显示时的观看效果。
技术实现要素：
3.本发明针对上述基于遮挡剔除的方法的衍射模型在实际光路系统中的光学利用率较低的问题，提出一种基于遮挡利用的球冠全息显示方法。所提出的方法是基于一个面向球面衍射模型的遮挡利用的方法，能够将遮挡面的信息利用起来，在解决混叠问题的同时，也可以提高衍射模型在实际光路系统中的光学利用率。该方法包括面向球面衍射模型的遮挡利用，基于遮挡利用的球冠衍射模型，和基于遮挡利用的球冠全息显示三个部分。
4.所述的面向球面衍射模型的遮挡利用方法，具体分为三个步骤：
①
采用球面由内向外和由外向内传播的两种衍射模型，
②
定义遮挡利用模型，提出面向球面衍射模型的光路选择函数，
③
得到遮挡利用方法的衍射计算公式；所述的基于遮挡利用的球冠衍射模型，具体分为三个步骤：
①
得到球冠衍射模型，
②
提出面向球冠衍射模型的光路选择函数，
③
得到基于遮挡利用的球冠衍射模型的衍射计算公式；所述的基于遮挡利用的球冠全息显示，具体分为两个步骤：
①
生成球冠的衍射场，
②
编码、重建和显示。
5.所述的采用球面由内向外和由外向内传播的两种衍射模型，是指球面衍射模型，包括由内向外传播和由外向内传播的两种衍射模型，其衍射传播时的点扩散函数为exp(jkd)cosα/jkd，其中，d为衍射距离，k为波数，j为虚数单位，由内向外传播的球面衍射模型的倾斜因子cosα为(rcosδφcosδθ-r)/d，由外向内传播的球面衍射模型的倾斜因子cosα为(r-rcosδφcosδθ)/d，其中，r为外球半径，r为内球半径，δφ表示垂直方向变化角度，δθ表示水平方向变化角度。
6.所述的面向球面衍射模型的光路选择函数是定义遮挡利用模型，提出一个光路选择函数对球面衍射模型的点扩散函数进行限制，当d≥(r2+r2)
1/2
时，信息被利用，光线被保留，光路选择函数的值为1；当d《(r2+r2)
1/2
时，光线被剔除，光路选择函数的值为0。
7.所述的遮挡利用方法是指采用提出的光路选择函数对球面衍射模型的点扩散函数进行限制，得到面向球面衍射模型的遮挡利用的衍射计算公式。
8.所述的球冠衍射模型是指对球面衍射模型的垂直方向角度进行限制，得到球冠衍射模型，其垂直方向角度φ的最大取值记为φm。
9.所述的面向球冠衍射模型的光路选择函数是指提出一个面向球冠衍射模型的光路选择函数，当d≥(r2+r2+2rrcos(φ+φm))
1/2
时，光路选择函数为1；当d《(r2+r2+2rrcos(φ+φm))
1/2
时，光路选择函数为0。
10.所述的基于遮挡利用的球冠衍射模型的衍射计算公式是指利用提出的光路选择函数对球冠衍射模型中的光线传播进行限制，即：将提出的光路选择函数与球冠衍射模型的点扩散函数相乘，得到基于遮挡利用的球冠衍射模型的衍射计算公式。
11.所述的生成球冠的衍射场是指使用基于遮挡利用的球冠衍射模型的衍射计算公式，生成球冠的衍射场。
12.所述的编码、重建和显示是指对获得的衍射场进行编码生成球冠全息图，将获得的全息图加载到实际光路中的空间光调制器上，实现球冠全息图的重建与显示。
13.该方法的优点在于：所提出的球冠全息显示方法是一种基于遮挡利用方法的方法，可以将之前被剔除的遮挡面的信息重新利用起来，提高衍射模型在实际光路系统中的光学利用率。该球冠衍射模型相比球面衍射模型，既保留了水平方向360
°
视角的特点，又对垂直方向的角度进行了改善，并且具有更大的空间灵活性。同时该方法也适用于多种传统编码方法。最后，引入的点扩散函数可以让重建像重建在不同位置，实现三维显示。
附图说明
14.附图1为本发明的面向球面衍射模型的遮挡利用示意图。
15.附图2为本发明的基于遮挡利用的球冠衍射模型示意图。
16.附图3为本发明的多种传统编码方法编码重建结果图。3(a)为原图，3(b)和3(c)分别为未加随机相位和添加随机相位使用振幅截断法编码重建图，3(d)为添加随机相位使用时分复用法编码重建图，3(e)和3(f)分别为添加随机相位和未加随机相位时使用双相位法编码重建图。
17.附图4为本发明的不同距离生成的衍射场和重建的光学结果图。
具体实施方式
18.下面详细说明本发明一种基于遮挡利用的球冠全息显示方法的一个典型实施例，对该方法进行进一步的具体描述。有必要在此指出的是，以下实施例只用于该方法做进一步的说明，不能理解为对该方法保护范围的限制，该领域技术熟练人员根据上述该方法内容对该方法做出一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
19.本发明提出一种基于遮挡利用的球冠全息显示方法，该方法包括面向球面衍射模型的遮挡利用，基于遮挡利用的球冠衍射模型，和基于遮挡利用的球冠全息显示三个部分。
20.所述的面向球面衍射模型的遮挡利用方法，具体分为三个步骤：
①
采用球面由内向外和由外向内传播的两种衍射模型，
②
定义遮挡利用模型，提出面向球面衍射模型的光路选择函数，
③
得到遮挡利用方法的衍射计算公式；所述的基于遮挡利用的球冠衍射模型，具体分为三个步骤：
①
得到球冠衍射模型，
②
提出面向球冠衍射模型的光路选择函数，
③
得到基于遮挡利用的球冠衍射模型的衍射计算公式；所述的基于遮挡利用的球冠全息显示，具体分为两个步骤：
①
生成球冠的衍射场，
②
编码、重建和显示。
21.所述的采用球面由内向外和由外向内传播的两种衍射模型，是指球面衍射模型，
包括由内向外传播和由外向内传播的两种衍射模型，其衍射计算公式ud＝uo*h,其中*表示卷积，ud和uo分别为衍射场和物场，h为其衍射传播时的点扩散函数exp(jkd)cosα/jkd，其中，d为衍射距离，k为波数，j为虚数单位，由内向外传播的球面衍射模型的倾斜因子cosα为(rcosδφcosδθ-r)/d，由外向内传播的球面衍射模型的倾斜因子cosα为(r-rcosδφcosδθ)/d，其中，r为外球半径，r为内球半径，δφ表示垂直方向变化角度，δθ表示水平方向变化角度。
22.所述的面向球面衍射模型的光路选择函数是定义遮挡利用模型，提出一个光路选择函数对球面衍射模型的点扩散函数进行限制，当d≥(r2+r2)
1/2
时，信息被利用，光线被保留，光路选择函数的值为1；当d《(r2+r2)
1/2
时，光线被剔除，光路选择函数的值为0。
23.所述的遮挡利用方法是指采用提出的光路选择函数对球面衍射模型的点扩散函数进行限制，得到面向球面衍射模型的遮挡利用的衍射计算公式。
24.所述的球冠衍射模型是指对球面衍射模型的垂直方向角度进行限制，得到球冠衍射模型，其垂直方向角度φ的最大取值记为φm。
25.所述的面向球冠衍射模型的光路选择函数是指提出一个面向球冠衍射模型的光路选择函数，当d≥(r2+r2+2rrcos(φ+φm))
1/2
时，光路选择函数为1；当d《(r2+r2+2rrcos(φ+φm))
1/2
时，光路选择函数为0。
26.所述的基于遮挡利用的球冠衍射模型的衍射计算公式是指利用提出的光路选择函数对球冠衍射模型中的光线传播进行限制，即：将提出的光路选择函数与球冠衍射模型的点扩散函数相乘，得到基于遮挡利用的球冠衍射模型的衍射计算公式ud＝∫uo*
θ
h”dφ，其中*
θ
表示水平方向的卷积，∫dφ表示垂直方向的一维积分，h”为球冠衍射模型的点扩散函数。
27.所述的球冠的衍射场是指使用基于遮挡利用的球冠衍射模型的衍射计算公式，生成球冠的衍射场。
28.所述的编码、重建和显示是指使用振幅截断法、时分复用法、双相位法等多种编码方法，对获得的衍射场进行编码生成全息图，将获得的全息图加载到实际光路中的空间光调制器上，实现球冠全息图的重建与显示。
29.在本发明的实例中，采用3072*512的灰度图像。波长λ为250μm，内球冠半径r和外球冠半径r分别为5cm和50cm。图3为本发明的多种传统编码方法编码重建结果图，使用振幅截断法、时分复用法和双相位法等传统编码方法进行编码和重建，图3结果证明该发明适用于多种传统编码方法。图4为本发明的不同距离生成的衍射场和重建的光学结果图。外球冠半径r分别为15cm，30cm，45cm。该结果表明，该方法可以在不同距离重建图像，可以实现三维显示。