向内传播的柱面全息记录模型及其全息图的实时计算研究

Holographic 3D display is in accordance with the viewing habits of human eyes and is an ideal approach for 3D visualization since it can provide all the depth perception cues of the human eyes. As dynamic 3D display of computer generated hologram (CGH) has physical principles superiority, the researches on it are particularly concerned. However, there are some issues need to be solved in this field such as view angle, object size, real-time calculating on CGH, and so on. Recently, our research team proposed a diffraction model of outside-in propagation based on two concentric cylindrical surfaces and its principle of calculation. By applying this model, we will not only entirely solve the problems of limited angle of view and size of object, but also promisingly solve the issue of real-time calculating on CGH, which is based on our preliminary research results. Therefore, this project proposes a cylindrical hologram record model and theory of computer generated hologram based on the previous proposed diffraction model, which can realize a display with 360° view angle and unlimited object size. Moreover, we will realize the real-time calculating on the CGH of the proposed cylindrical hologram record model by using fast Fourier transform, GPU parallel computing, and so on . Finally, we will carry out simulations of numerical and optical reconstruction. Our research will provide a helpful reference for the prospective applied basic research in the holographic 3D display.

全息三维显示可提供人眼所能感知的全部深度暗示，是符合人眼观看习惯的理想三维可视化手段，而具备物理原理优越性的动态计算全息三维显示尤为备受关注。但目前动态计算全息显示领域依然存在视角、被记录物体尺寸和全息图实时计算等方面的热点研究课题亟待解决。近期本项目组提出了一种基于同轴双柱面向内传播的衍射模型及其计算原理，应用该模型将不仅彻底解决目前全息显示研究中普遍存在的视角和被记录物体尺寸受限问题，而且根据我们的初步研究结果，将能实现全息图的实时计算。因此，本项目拟进行：一、原理建模，基于已提出的衍射模型，建立具有360°视角和被记录物体尺寸不受限的三维显示特性的向内传播柱面全息记录模型和理论；二、实时计算，通过利用快速傅里叶变换、GPU并行计算等多种途径实现该模型全息图的实时计算；三、再现模拟，进行数值和光学再现模拟和验证。我们的研究将为我国在该领域的前瞻性应用基础研究提供有益的参考。

本项目通过建立柱面计算全息记录模型和理论，从原理上实现360°视角和被记录物体尺寸不受限的三维显示特性，通过快速傅里叶变换、GPU并行计算等多种途径逐步实现柱面计算全息图的实时计算，并通过数值和光学再现模拟来验证提出的模型和快速计算算法。在项目执行过程中取得了一系列的研究进展：1) 提出了基于由外向内模型的柱面计算全息快速衍射计算方法；2) 提出了柱面计算全息的系统参数优化方法；3) 提出了统一的、精确的柱面计算全息快速计算方法研究；4) 进行了柱面计算全息图的实时计算研究；5) 进行了柱面计算全息图的模拟再现研究；6)开展了柱面全息理论在光学加密中的应用及光学全息加密的探索研究。项目组顺利完成了：1）发表学术论文11篇，其中SCI论文8篇，EI收录论文3篇；2)国际会议邀请报告1次，口头报告4次，邀请2位国外专家访问；3)申请国家发明专利3项；4)培养青年教师2名，博士生3名，研究生7人。总体来说，项目组顺利完成了既定的各项科研任务和学术指标。.全息三维显示利用干涉记录物体的全息图来构造其三维图像，属于真三维显示，被国际上广泛地认为是三维显示的终极目标。此外，在国务院发布的“十二五”国家战略性新兴产业发展规划中，全息三维显示被重点列入了新型显示专栏，并明确指出需掌握其相关的节目源、发射、传输、接收、显示等集成技术。因此，全息三维显示技术研究具有极大的应用前景。通过本项目的研究，我们解决了计算全息显示中较为关键的视角受限、被记录物体尺寸受限和全息图的实时计算问题，为我国在该领域的前瞻性应用基础研究提供有益的参考。