用于编码及重建计算机生成的全息视频图像的方法和装置的制作方法

专利名称：用于编码及重建计算机生成的全息视频图像的方法和装置的制作方法
背景技术：
1.发明领域本发明涉及一种利用具有常规的、即市场上可购得的分辨率的显示器，编码及重建计算机生成大面积全息视频图像的方法和装置；该显示器提供大视角和高立体画质。该显示器包括一个具有可控像素的全息阵列，其电子影响光的振幅和/或相位。这种阵列被称为空间光调制器(spatiallight modulator，SLM)。用于光图像的空间调幅重建全息视频图像的合适阵列的例子为液晶显示器(Liquid Crystal Display，LCD)。然而，本发明还可以用于其它可控的、利用相干光来调制光的波阵面的全息图阵列。
2.术语定义术语“间距”在本文件中表示阵列的两个相邻像素的中心之间的距离。因此其表示显示器的分辨率特征。
术语“编码”表示将控制值提供给全息阵列，以便其重建三维场景的方式。根据本发明，上述场景可以通过“视窗”看到。
视窗为可视区和观察平面的交叉部。如果观察者至少有一个眼睛在视窗内时，就可以看到重建的目标。
3.相关技术说明利用传统的光学3D自动立体显示的缺点是视差信息和眼睛晶状体的调节不相匹配。一方面，每个眼睛观察到一个场景的不同透视图，其模拟物体在任意距离上的深度映像。另一方面，每个透视图本身位于显示器的表面。因此，眼睛调焦在显示器表面，每个眼睛看到的是平面图像。这就导致由视差信息获得的在任意深度上所见的、即不是显示器表面上的目标和眼睛对固定的显示器表面的调节之间出现不相匹配的情况。这就会导致不舒服的感觉和眼疲劳。这可以通过使用全息显示器避免，其在恰当的深度重建3D场景中的目标。
全息显示器通过光波的相干光重叠来重建目标。为此，空间光调制器(SLM)生成一个波图像。该全息图为待重建3D场景的菲涅耳(Fresnel)转换。SLM衍射光波并重建场景。以全息图为例，重建的周期性复制伴随着间隔周期出现。因此，由间隔周期提供的可视区内的观察者可以看到重建。取决于像素间距的SLM最大衍射角决定可视区。编码和重建全息视频图像的主要问题是，必须提供足够大的可视区用以观察重建。
传统的全息显示器中，可视区须至少覆盖眼间距，其最大需要10μm大小的像素。即使对于一个面积为100mm×100mm的小显示器来说，像素计数也会达到约1亿。这就导致即使显示器仅简单地显示水平视差的全息图时，也需要昂贵的硬件和较长的运算时间。目前可用的大面积显示器典型地利用具有仅将光衍射成极小可视区的像素间距的全息阵列，因此，两眼不可能同时观察到重组的三维场景。
已有若干解决这些问题的方案。
K.Maeno，N.Fukaya，O.Nishikawal所著文献“利用15百万像素LCD显示电子全息图像(Electro-holographic display using 15 Mega pixels LCD)”(Advanced 3D Telecommunication Project，1996，SPIE，Vol.2652)公开了利用市场上可购得的液晶显示器(Liquid Crystal Display，LCD)进行3D全息图像显示。该文献描述了一种利用五个具有高分辨率的特殊显示器，代替传统的低分辨率LCD的全息视频图像重建装置；因为将每个显示器都结合起来以提供整体上的高分辨率，所以可视区就被扩大了。所有的显示器相互直接、或通过光学复制的方式连接起来。只有在使用水平视差时垂直视差才被忽略。公知的解决方案需要在每个都具有3,200×960像素的五个特殊显示器的一个单元中提供15百万像素的分辨率，以在仅50mm×150mm体积和50mm深度中重建全息视频图像。对应于眼间距离，可视区只有65mm宽，这样两眼刚好可以同时看到场景。所需分辨率取决于期望的全息视频图像和可视区的大小。然而，这种安排具有明显的缺点使用多个显示器和大透镜用于重建，导致较大深度和体积，而且还需要巨大的计算能力。
另一种扩大可视区的方式在T.Mishina，M Okui，F.Okano所著文献“利用高阶衍射对采样全息图扩大可视区的方法(Viewing zone enlargementmethod for sampled hologram that uses high-order diffraction)”(AppliedOptics，2002，Vol.41，No.8)中进行了说明。根据该方法，不仅一阶衍射，而且更高阶的衍射也用于全息图的重建；其联合起来形成共有的观察空间。特定目标对应的全息视频图像按顺序显示在LC显示器上。借助于一个作为空间频率滤波器的第二LC显示器，各衍射级在重建过程中被过滤。可视区域按顺序生成并空间连接起来。可获得的可视区仍窄于65mm，因此只有一个眼睛可以看到重组的目标。此外，该方法具有需要极大运算能力的缺点。而且，像素阵列需要具有极短的转换迟滞。
将不同的衍射级按顺序连接起来时，所使用的显示器必须具有高分辨率和高转换速度，以防止图像闪烁。这就是为什么经常使用二进制全息图。然而，这也使其无法避免由二进制编码引起的实质性错误。
所引用的公知全息方法的另外一个共同缺点是极大地需要用于编码全息图的运算能力。
WO 2003/021363(A1)号专利文献公开了一种仅重建相对垂直视差的水平全息视频图像的装置。照明方式利用生成带宽小于10nm的单色光的线光源，其在水平方向相干，而在垂直方向不相干。
在传统的全息显示器中，视窗远大于眼睛的瞳孔。付出巨大努力的一个结果是将光投射到没有观察者的区域。
WO 2004/044659(A2)号专利申请的申请人的基本思想是将视窗减小到刚好稍大于眼睛瞳孔的大小。这将显著减小对显示器最大分辨率的需求。该文献公开了一种在缩小了的视窗中重建全息视频图像的装置。该装置包含至少一个点光源或线光源，其提供充足的相干光，一个透镜，以及一个具有巢室的全息阵列，巢室安排在一个矩阵中，每个巢室具有至少一个开口，开口的相位或振幅可控观察平面位于光源的图像平面中。
全息图信息以像素采样并在LCD阵列上显示。采样全息图始终具有重建场景和视窗周期性复制的特性。必须注意，不能让视窗交迭，因为在这种情况下将会看到多个重组。限制编码场景信息所在全息图的区域可以避免交迭。这个区域必须限制，这样，从重建场景的点上发射的光就被限制在一个视窗中。因此，该装置将菲涅耳(Fresnel)转换的一个间隔周期内的全息视频图像重建到一个观察平面中。通过位于眼睛前方的视窗，两眼都可以看到重建的三维场景。重建的场景在重建平截面内都可以看到，该平截面在显示区域和观察窗之间伸展；因而该场景可以在阵列表面的前方或后方重建。公知的解决方案可以在合理的硬件费用和运算能力上使用传统的分辨率接近3百万像素的LC显示器。
根据该文献的光源充分考虑到了如果光空间相干到能够干涉的宽度时的相干，这样，其可以在至少一维空间上实现具有足够分辨率的全息重建。如果传统的光源、例如LED装置通过极窄的狭缝放射，这些要求也可以通过其达到。高亮度LEDs的光谱带宽足够窄，以保证全息重建的时间相干性。如果从线光源的长度方向的直角来看，线光源可以看作是点光源。这样，光在此方向上相干，而在垂直方向上不相干。为了保证时间相干性，光必须具有足够窄的波长范围。当信息可以按顺序、或通过过滤的方式空间分解成单色光谱部分时，可以显示彩色全息图。排列在全息阵列中的电子可控像素可以是能产生干涉的调幅SLM、相位调制SLM或同时调制光振幅和相位的SLM。像素阵列不能直接控制相干光的相位，例如传统的LCD，可以使用公知的迂回相位编码方法，使每个全息图像点上的各可控像素的振幅设置控制光相位。为了编码用于阵列的单个全息图像点的综合值，这种公知的编码技术利用三个电子控制像素。
与通用的公知解决方案不同，本发明和根据WO 2004/044659(A2)号专利申请的解决方案将单个场景点的全息信息仅编码成全息阵列的限定编码区域。选择编码区域的范围和位置，这样重建的场景点仅在视窗内可见。观察者看不到重建场景点的周期性复制，因为从这些点发出的光不能到达中心视窗。编码区域的范围和位置取决于场景点的x、y和z坐标。
眼睛瞳孔必须位于视窗内。由于窗小，眼睛位置跟踪装置检测观察者的眼睛，并根据观察者的移动控制视窗的位置。垂直跟踪通过光源的垂直移动获得。这会移动包含重建场景的视窗。
减少重建全息视频图像费用的另一种方法是，将两个分离的视窗，每个都分配给观察者的一个眼睛，其通过两个分离的、充分相干的交替打开的光源和两个分离的与光源关闭同步编码的全息图获得。SLM交替编码两个显示不同透视图的全息视频图像。
由于已有硬件的低刷新频率和长转换迟滞，连续显示导致两个眼睛之间产生交互影响。
发明概要本发明的一个目的是，利用排列在具有最低分辨率、例如批量供应的市场上以合理的价格可购得的分辨率、具有最小闪烁和交互影响的阵列中的电子控制像素，实时重建全息视频图像；在较大区域上同时对双眼重建，以使所需刷新频率实质上较低。
为了达到此目的，本发明基于一种用于编码和重建全息视频图像的方法，由线光源提供相干光，并通过单个全息阵列的可控像素以光学调焦方式成像到视窗中，视窗位于接近观察者眼睛的衍射级中，用以全息重建由可控像素编码的场景，使其被观察者的双眼通过两个分离的视窗看到。
根据本发明，所使用的光仅在垂直方向上相干，这样可控像素对观察者的双眼都生成同一个3D场景全息图的垂直的、一维空间的重建。全息阵列的编码在水平方向分成两组像素列。每组分配至两分离全息视频图像中的一个每个显示两透视图中的一个。全息阵列同时以两组水平交错的像素列进行编码；从而生成两个空间交错的场景全息图。这就意味着，像素阵列的第一组列的所有像素列为观察者的一个眼睛重建了一个全息图，同时第二组列的相邻像素列为另一个眼睛重建了一个全息图。因为水平不相干的光以传统的方式重建场景，公知的具有平行于列排列的分隔元件的图像分隔装置可以用于对左眼或右眼选择两个全息图。图像分隔装置位于与像素阵列间隔一段距离，为一只眼睛显示列组，为另一只眼遮盖列组。
本发明的另一个目的是提供一种利用扁平而薄的壳体编码和重组全息视频图像的装置，其避免具有较大物理尺寸的昂贵和笨重的光学和电子硬件组件。
根据本发明的装置基于提供相干光的线光源，并且包含垂直调焦装置和包含可控像素的像素阵列，其调制相干光的振幅或相位或同时调制两参数。
根据本发明，光源水平排列，这样其光在垂直方向相干，在水平方向不相干。一维空间全息视频图像通过像素列中像素阵列的可控像素编码，以使第一和第二列组分别对两个眼睛的位置编码一个同一场景的一维的、垂直方向的衍射全息图，其中两个列组在水平方向交错。像素列以图像分隔装置的方式交错，该图像分隔装置位于光路中，为观察者的一只眼睛暴露或显示列组，借助于平行于列排列的分隔元件为另一只眼睛遮盖列组。分别在每个视窗前的重建空间中对每只眼睛重建三维场景全息图。两个全息图根据观察者的眼间距在水平视差上有所不同。两个水平编码的列组显示同一场景的两个全息重建。两只眼睛同时都在分离的视窗中看到这些重建。
阻隔掩膜可以位于距像素阵列一段距离的地方，作为图像分隔装置。这样分隔元件就成为透明和不透明间隔的条纹，其始终为观察者的左眼或右眼显示交错的列组中的一组，为另一只眼遮盖一组。
全息编码的一组列最好根据眼睛的位置重建同一场景的部分图像，其在用两只眼睛观察时组合形成场景的一个总重建。
上述处理步骤的执行顺序可以不同。具体说，调焦、全息调制和全息图分隔步骤可以互换。
为了使观察者可以获得较大区域的视窗，眼睛位置检测系统跟踪观察者眼睛的水平、垂直以及最好还有轴向位置，以使视窗的位置在观察者移动时可以同样跟随。可选择地，编码装置可以通过基于更新的观察者位置的不同透视图改变或重新计算编码全息图，以将重建显示给转移和/或转动、即从不同的角度观察的观察者。依据眼间距，像素阵列可以借助于软件重新编码，以使全息重建在固定空间位置上变得可见。
如果观察者眼睛的垂直位置发生变化，则通过光源的垂直移位来跟踪视窗。
如果观察者眼睛的水平位置发生变化，眼睛位置检测系统最好通过移动与图像分隔装置相关联的列组来修正视窗位置。可选择地，图像分隔装置，具体说是分隔元件，可以相对于列组移动。使用水平线光源有利于视窗跟踪。
如果观察者眼睛的位置轴向变化，光源和光学调焦装置间的距离将会随之调整。
根据显示器前观察者眼睛的位置跟踪视窗，确保了在较大区域内可以看到连续的较高重建质量的全息重建。
现在，根据本发明的方法和装置将借助具体实施例进一步进行详细说明。本发明的原理将基于具有单色光的全息重建进行说明。然而，所属技术领域的技术人员会意识到，本发明同样可以应用于彩色全息重建。在后一种情况中，每个像素列中的可控像素表示在空间或时间上以多元方式用于彩色重建所需的原色。因此，本发明可用于全彩色、全运动全息电视、电影、计算机游戏和特定的得益于3D视频再现的应用。
附图简要说明

图1表示一个3D场景的重建，在观察平面和图像分隔装置之间有两束光线(俯视图)。
图2表示根据本发明的装置的详情(投影图)。
图2表示根据本发明的装置的详情(俯视图)。
图4表示一个场景的重建，其可以被观察者感知(俯视图)。
发明的详细说明本发明的较佳实施例中，将有关三维场景的信息编码到可透射全息阵列中，在全息阵列中像素根据编码计算机控制形成一个像素图案。然而，本发明的基本思想不限于所述的可透射全息阵列。半透射半反射式和反射式全息阵列或直接调整光波相位的阵列、例如弗里德里克兹(Freedericksz)晶胞均可以使用。
图1表示线光源1通过调焦装置2照亮全息阵列3。调焦装置2为水平放置的柱面透镜，将线光源1的光线成像到包含视窗8r和8l的观察平面5中。
图1涉及单个小目标的全息编码；全息阵列重建要显示的3D场景。该较小的重建目标11以圆形表示。根据本发明，重建目标11的全息信息仅编码到全息阵列3的两个限定区域AL和AR。选择编码区域AL、AR的宽度和位置，使重建目标11仅在相应的视窗8r或8l内可见。
为了重建目标11，全息阵列4以形成光束9和10的像素图案编码，光束通过全息阵列3的可控透射像素空间光调整。
根据本发明，水平放置的线光源1由于其线性方位，生成垂直方向上空间相干、在水平方向上不相干的光。全息阵列3的像素以两个排列在列中的不同全息视频图像编码；列仅在垂直方向重建。重建可以通过观察平面5中的视窗8r、8l在衍射级中看到。由于光在水平方向上的不相干，光源1在此方向上仅通过调焦装置2成像。
图1还表示一种图像分隔装置7，其使光线9只能被右眼R看到、光线10只能被左眼L看到。
因为调焦装置2和全息阵列3相互之间距离极小，它们的位置甚至可以交换。图像分隔装置7及其位于光路中的分隔元件也可以处于各种不同位置。
光学调焦装置2可以是如图所示的垂直调焦柱面透镜、菲涅耳透镜或双凸镜。
全息阵列3与高分辨率透射平面显示器、例如传统的LCD相适应。如果利用迂回相位编码方法，或者其它类似的调制光振幅的方法设置相位关系，则使用间隔周期中较高的衍射级进行全息重建。此外，相位控制所需的像素必须在垂直方向上相互邻接；因为光在水平方向不能产生干涉。像素阵列典型地用于具有在水平方向上相互邻接的子像素的平面显示器；这就是为什么阵列必须转动90°的原因。最好使用直接同时调制光振幅和相位、具有像素的像素阵列。
图2表示根据本发明的装置的投影图，图3表示其细节的俯视图。每个全息图的垂直相干照明导致在像素阵列3的边缘和视窗8r、8l之间延伸的平截面12r、121中生成三维场景重建11。与图1相对照，图2表示一个完整的3D场景的全息重建11。重建11可以位于全息阵列3的前方或后方。水平不相干的照明可使公知的图像分隔装置用于对每个眼睛选择对应的全息图，这样，当同时用两只眼睛观察时就会有两个全息图生成具有水平视差的场景重建。这就意味着两个全息图根据眼间距在水平视差中有所不同。
如图3所示，两个一维全息视频图像编码到分列成像素列15至16”的像素阵列3的可控像素中，其中列组15至15”为观察者的右眼R重建一个一维全息图，列组16至16”对观察者的左眼L重建一个同一场景的一维全息图。在上述的实施例中，两个列组在水平方向间隔交错。图像分隔装置7包含分隔元件17至19，其与像素列15至16”对应排列，位于成像光线的光路中。交错以以下方式实现图像分隔装置7分别为观察者的一只眼睛显示列组15至15”，为另一只眼睛遮盖列组16至16”。
空间交错的全息图可以通过具有垂直的、透明和不透明的条纹17至19间隔的阻隔掩模隔断，掩模位于像素阵列3的前方或后方。透明条纹为右眼R显示第一列组15至15”。第一列组同时为左眼L1被不透明条纹遮盖。
图2中，箭头20和21表示以各列组的单个列15、16为例，说明观察者从观察平面5中的虚拟观测视窗8r、8l到像素列15和16的所见。事实上，数百个像素列和像素列组对三维场景11的交错全息重建都有贡献。图像分隔装置包含一样多的分隔元件。
选择图像分隔掩模7和像素阵列3间的距离(见图4)和宽度最好相同的各条纹间的距离，以使观察者只能看到欲提供给指定眼睛的全息视频图像。
根据本发明的较佳实施例，多个相邻的像素列可以组合形成一个共有的多重像素列。每个多重像素列归属于两个全息图中的一个，通过图像分隔装置7作为一个完整的全息图分别向眼睛R或L可视呈现。在这种情况下，两全息图的多重像素列间隔交错。
编码多重像素列中的全息图减少交互影响。如果观察者水平移动，视窗的全追踪可以有效抑制图像扭曲。多重像素列的像素列最好区别调制光线。例如，只有每个多重像素列的两个或更多个相邻的像素列中的一个像素列主动调制光线，而其它的不活动。这就意味着它们是关闭的。因此对另一只眼睛的从全息图无交互影响的移动范围增加。
这导致在两个视窗之间形成一个想要的区域，在其中看不到重建。如果没有这种措施，观察者将会在这个区域内看到一个扭曲的重建，直到跟踪停止。
如果观察者水平移动时位置检测和跟踪系统激活和不激活多重像素列内的单个像素列，将只会促进水平方向的跟踪。
图像分隔装置可以是阻隔掩模、设计用于此目的的双凸透镜或棱镜掩模。图像分隔元件的较佳实施例具有约两倍于相应像素阵列列组的间距。
位置检测和跟踪系统(图中未表示)跟踪观察者眼睛的位置，以控制视窗的位置。
眼睛水平位置的改变可以通过移动图像分隔装置7的分隔元件来跟踪。这可以电子完成，例如借助于另一个具有可控开口的透射像素阵列完成。
可选择地，位置检测和跟踪系统相对图像分隔装置7水平移动列组15至16”，用以控制视窗8r、8l的位置。这也可以电子完成，最好通过重新编码上述多重像素列完成。如果在某一时刻每个多重像素列只有一个像素列激活用以调制光线，转换到多重像素列中的不同像素列可以支持跟踪。
此外，水平移动方法可以同时执行。可以通过垂直移动线光源1在垂直方向上控制视窗。线光源1和柱面透镜2间距离的改变可以补偿轴向位置的改变。
如果观察者移动，不仅视窗会移动。全息图的内容也会因此而重新计算并重新编码，以调整指定的透视图。
本发明提出的解决方法与众不同的特征是，对于观察者的每个眼睛R、L，同时计算、编码和重建相应的全息视频图像，这些全息图利用单个像素阵列3空间交错，这两个全息重建可以利用图像分隔装置7分别呈现到右眼和左眼对应的视窗8R、8L中。
两个全息视频图像由对应于眼间距的水平视差赋予特征。确保场景的真实3D映像。
同时为观察者的双眼进行全息重建保证了自然景象，因而确保观察者眼睛在场景中任一点上的调节和聚敛，提供了正确的调焦。
视窗的垂直尺寸处于一个衍射级内，不得超过全息视频图像重建的间隔周期。否则，观察者将会看到两个相邻衍射级重建的叠印。此外，视窗的大小必须配置成适应位置检测和跟踪系统的和精度速度。
如从专利文献WO 2003/021363(A1)可知，视窗的垂直尺寸有意识变窄，例如10mm，则至少减少100倍所需的显示器分辨率和需处理和传输的数据量。
本发明使利用市场上可购得的可控基板，例如LCD平面显示器进行全息图重建成为可能。
在彩色编码的情况中，用于三原色的交替的红绿蓝(RGB)子像素重建三个单独的一种原色的部分全息图，然后将其组合形成一个彩色重建。
图4表示根据本发明的具有用于右眼的全部层次的光束13和用于左眼的光束14的装置。
本发明的主要有益效果是装置以多元空间模式运行。这就可使双图像频率与多元时间模式比较。因此，一个像素阵列提供两个由观察者得益于图像分隔而都能看到的平行的全息重建。该方法可以使用具有中等刷新频率的全息阵列。
视窗8R、8L必须至少具有眼睛瞳孔大小的尺寸，以使观察者可以观察到没有瑕疵的全息重建。然而这个最小尺寸会对跟踪精度和跟踪速度提出极高的要求，而这又难以切合实际地获得，所以实际上视窗必须适当加大。然而，视窗的高度不能超过间隔周期的范围。此外，还需调整视窗的宽度。基于像素列的宽度，这可以通过将横向范围与图像分隔装置匹配、具体说是与分隔元件的间距和宽度匹配获得。两个视窗中心的距离约为眼间距。
联合使用一维垂直重建全息图和用于场景重建的水平不相干光线，相当程度上减少了对用于提供编码数据的运算能力的要求。而且，对像素阵列在水平方向上的分辨率的要求也并不严格，因此大面积的全息视频图像可以不费力地在较大观察区域中重建，从而允许观察者的眼睛位置移动。
与点光源相反，使用线光源可以在观察者横向移动时提供连续的重建。
本发明的另一个优点是，可以用传统的白光源与沟槽式荫罩板结合代替激光。
本发明适用于娱乐行业，即电视、多媒体、游戏机和移动多媒体终端，也适用于商业应用，例如3D计算机辅助设计(CAD)、医疗和军事装备，同样还适用于其它众多的包含显示器的应用。
权利要求
1.一种用于编码和重建全息视频图像的方法，其中，光学垂直调焦装置(2)将由线光源(1)发射，并通过全息阵列(3)上的电子可控像素调制的垂直方向上充分相干的光，成像到具有视窗(8r，8l)的观察平面(5)中，用以在一个衍射级中全息重建三维场景，使得观察者的双眼(R，L)可通过视窗(8r，8l)看到该场景，其特征是-可控像素在像素列(15-16”)中编码同一场景的两个分隔的全息图，一个用于观察者的每个眼睛(R，L)，上述全息图在垂直方向上为一维，其中像素排列在分隔的列组(15-15”及16-16”)中，以使两个一维全息图水平交错，以及-具有平行于像素列(15-16”)排列的分隔元件的图像分隔装置(7)为一只眼睛显示对应的像素列(15-15”或16-16”)，为另一只眼睛遮盖对应的像素列。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是两个分隔全息图根据眼与眼间隔距离编码水平视差。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征是眼睛位置跟踪系统跟踪观察者眼睛位置的局部变化。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征是像素列(15-16”)中像素的全息编码根据眼睛位置的变化而调整。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征是对重建场景(11)进行编码，以使在眼睛位置变化时使其在固定的水平和/或垂直和/或轴向位置向观察者显示。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征是对重建场景(11)进行编码，以使其根据眼睛位置水平和/或垂直和/或轴向变化而为观察者显示水平和/或垂直移动和/或转动。
7.根据权利要求3所述的方法，其特征是如果眼睛位置垂直变化，则通过垂直移动线光源(1)跟踪视窗(8R，8L)。
8.根据权利要求3所述的方法，其特征是如果眼睛位置水平变化，则通过相对图像分隔装置(7)水平移动列组(15-16”)跟踪视窗(8R，8L)。
9.根据权利要求3所述的方法，其特征是如果眼睛位置水平变化，则通过相对像素列(15-16”)水平移动图像分隔装置(7)的分隔元件跟踪视窗(8R，8L)。
10.根据权利要求3所述的方法，其特征是光源(1)如果眼睛位置轴向变化，光源(1)和光学调焦装置(2)之间的距离将会随之调整。
11.一种用于编码和重组全息视频图像的装置，包含发射在一个方向上充分相干的光线的线光源(1)，以及光学调焦装置(2)，用于在由排列在全息阵列(3)中的可控像素调制光线后，在平截面形的重建空间(12r，12l)中全息重建场景，其特征是-线光源(1)水平排列，以使其光线在垂直方向上表现出充分的相干性，-可控像素、用于观察者每个眼睛(R，L)的一个列组(分别为15-15”和16-16”)、以及同一场景的一维垂直编码的全息图排列在像素列(15-16”)中，其中，两个列组(15-15”和16-16”)水平交错，以及-具有平行于像素列(15-16”)排列的分隔元件的图像分隔装置(7)为一只眼睛释放像素列(分别为15-15”和16-16”)，为另一只眼睛遮盖像素列。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征是多个相邻的像素列可以组合形成共有的多重像素列，其中可以选择每个多重像素列作为整体通过图像分隔装置(7)用于对应的眼睛，用以抑制全息图的重建之间的交互影响和/或调整视窗的大小。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征是多重像素列的像素列不同地调制光线。
14.根据权利要求11所述的装置，其特征是光学调焦装置(2)为垂直调焦柱状透镜、菲涅耳透镜或双凸透镜。
15.根据权利要求11所述的装置，其特征是图像分隔装置(7)为阻隔掩模、双凸透镜或棱镜掩模。
16.根据权利要求11所述的装置，其特征是图像分隔装置(7)为阻隔掩模，其具有用于为观察者的一只眼睛释放列组的透明条纹，并且还具有为该眼睛遮盖其它列组的不透明条纹。
17.根据权利要求15所述的装置，其特征是阻隔掩模(7)、双凸透镜或棱镜掩模的分隔元件的间距约为相应的可控像素阵列列组的水平间距的两倍。
18.根据权利要求11所述的装置，其特征是可控像素安排成使用于彩色重建的子像素或像素一个处于另一个的垂直下方用于迂回相位编码。
19.根据权利要求12所述的装置，其特征是视窗(8r，8l)具有接近瞳孔的尺寸，对每只眼睛在水平方向上由图像分隔装置(7)的宽度决定，这样两视窗(8r，8l)中心的距离约为眼间距。
20.根据权利要求12所述的装置，其特征是视窗(8R，8L)具有不大于一个衍射级(6)的间隔周期、但不小于瞳孔的垂直范围。
全文摘要
一种用于编码和重建计算机生成全息视频图像的方法和装置，利用具有较小分辨率的全息阵列(3)中的电子可控像素，借助于传统的LC显示器在较大的观察区域内同时对双眼实时重建全息三维场景，不存在闪烁和交互影响。该方法利用光学调焦装置(2)在全息阵列(3)调制后将由线光源(1)发出的垂直相干光成像到视窗(8R，8L)上。场景的全息重建(11)通过像素上的衍射方式从视窗(8R，8L)对观察者的双眼可视呈现。根据本发明，可控像素处于像素列(15，16)中，其为观察者的双眼(R，L)同时编码同一场景的分隔全息图，其中所述全息图在垂直方向上为一维并且水平交错。具有平行于像素列排列的分隔元件的图像分隔装置(7)为一只眼睛显示对应的像素列(15，15’或16，16)，为另一只眼睛遮盖对应的像素列。
文档编号G02B27/22GK101014911SQ200580029669
公开日2007年8月8日 申请日期2005年9月7日 优先权日2004年9月8日
发明者阿明·史威特纳, 诺伯特·莱斯特, 拉尔夫·豪斯勒 申请人:视瑞尔技术公司