一种超表面动态彩色全息显示方法、系统、设备及介质

本发明属于光学全息显示，特别是涉及一种超表面动态彩色全息显示方法、系统、设备及介质。

背景技术：

1、全息显示技术可以完整地记录和重建3d物体的波前信息，是最具有前景的裸眼3d显示技术之一，受到了人们广泛的关注。然而，目前市场上常见的空间光调制器的像素尺寸均在微米级，国际上实现单色全息3d显示的视角最大为～60°。此外，在实现彩色全息显示的过程中，红、绿、蓝三个颜色通道的全息图都需要单独的计算和显示。例如，比尔肯特大学的研究者利用红、绿、蓝三色激光分别照射加载有红、绿、蓝三色全息图的三个空间光调制器，实现了彩色全息显示效果，但这种技术所需要的系统结构通常较为复杂，成本也较高，对于红、绿、蓝三色全息再现像的空间对准精度要求很高。日本信息与通信技术研究所的研究人员采用时分复用法搭建了彩色全息3d显示系统。东京农工大学的研究人员利用单个高刷新率的数字微镜器件搭建了彩色全息显示系统，在该系统中，光纤耦合的激光二极管发出的红、绿、蓝三色激光以不同的角度时序照射数字微镜器件，然后高阶衍射光被用于全息重建。现有的方法虽然能基于单个或三个空间光调制器实现彩色全息显示，但是都存在显示视角受限的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种超表面动态彩色全息显示方法、系统、设备及介质，以解决上述现有技术存在的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种超表面动态彩色全息显示方法，包括：

3、获取目标视频数据；

4、对所述目标视频数据进行时序图像拆分和颜色通道分类，得到若干颜色通道图像；

5、获取各所述颜色通道图像以中心波长像素大小为参考系的光强图；

6、获取各所述颜色通道图像对应光强图的振幅数据；

7、基于相位叠加方法对各光强图对应振幅数据的相位分布进行迭代优化，当满足预设迭代步数时，得到优化后的全息面复振幅数据；

8、基于所述优化后的全息面复振幅数据获取初步全息面相位恢复图，在所述初步全息面相位恢复图中引入像素匹配算法进行采样，得到最终全息面相位恢复图。

9、可选的，对所述目标视频数据进行时序图像拆分和颜色通道分类，具体包括：

10、基于所述目标视频数据的原帧率和时序对所述目标视频数据进行图像拆分，得到若干拆分图像；

11、对各所述拆分图像进行颜色通道分类得到若干颜色通道图像；所述颜色通道图像包括红、绿、蓝三种颜色通道图像。

12、可选的，获取各所述颜色通道图像以中心波长像素大小为参考系的光强图，具体包括：

13、使各所述颜色通道图像以中心波长为参考系进行像素匹配，像素匹配完成后获取各所述颜色通道图像以中心波长像素大小为参考系的光强图。

14、可选的，基于相位叠加方法对各光强图对应振幅数据的相位分布进行迭代优化，具体包括：

15、步骤一：基于各光强图的振幅数据引入随机相位和相位补偿系数获取第一全息面复振幅数据；

16、步骤二：对所述第一全息面复振幅数据的相位进行相位补偿并进行标量衍射正向传播，得到成像面复振幅数据；

17、步骤三：将所述成像面复振幅数据的振幅部分替换为目标光强分布，基于所述成像面复振幅数据的相位因子和替换后的目标光强分布得到调制后的成像面复振幅分布数据；

18、步骤四：对调制后的成像面复振幅分布数据依次进行相位补偿和标量衍射正向传播，得到第二全息面复振幅数据；

19、步骤五：使所述第二全息面复振幅数据叠加超表面共轭相位，得到去除超表面后的第三全息面复振幅数据；

20、步骤六：将所述第三全息面复振幅数据的振幅部分替换为目标振幅分布，基于所述第三全息面复振幅数据的相位因子和替换后的目标振幅分布得到第四全息面复振幅数据；

21、重复步骤二至步骤六进入迭代循环，直至达到预设迭代步数时，输出优化后的全息面复振幅数据。

22、可选的，基于所述优化后的全息面复振幅数据获取初步全息面相位恢复图，具体包括：

23、获取所述优化后的全息面复振幅数据的相位因子，基于相位因子进行正向传播，得到所述初步全息面相位恢复图。

24、可选的，在所述初步全息面相位恢复图中引入像素匹配算法进行采样，得到最终全息面相位恢复图，具体包括：

25、基于像素匹配算法对所述初步全息面相位恢复图进行低通滤波下采样和正向传播成像，得到所述最终全息面相位恢复图。

26、一种超表面动态彩色全息显示系统，包括：

27、数据采集处理模块，用于获取目标视频数据，对所述目标视频数据进行时序图像拆分和颜色通道分类，得到若干颜色通道图像；获取各所述颜色通道图像以中心波长像素大小为参考系的光强图；

28、全息面复振幅获取模块，用于获取各所述颜色通道图像对应光强图的振幅数据；基于相位叠加方法对各光强图对应振幅数据的相位分布进行迭代优化，当满足预设迭代步数时，得到优化后的全息面复振幅数据；

29、全息面相位恢复模块，用于根据所述优化后的全息面复振幅数据获取初步全息面相位恢复图，在所述初步全息面相位恢复图中引入像素匹配算法进行采样，得到最终全息面相位恢复图。

30、一种电子设备，包括存储器及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述的一种超表面动态彩色全息显示方法。

31、一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的一种超表面动态彩色全息显示方法。

32、本发明的技术效果为：

33、本发明通过三基色通道根据波长与传播路径的对应关系进行独立相位全息图恢复；通过这种方式，仅需要二维彩色图像的振幅信息就可以还原其相位信息并且实现大视场角全息显示的功能。

34、通过对三通道加载的空间光场相位进行动态调控，可实现稳定大视场角动态彩色全息。通过结合全息图记录介质上可变换加载全息图(动态可调)的特点和超表面具有亚波长尺寸的特点进行优势互补，该方法不仅可以充分利用全息图记录介质本身的变化刷新率，让显示的色彩稳定的同时，实现符合人眼对连续动态变化图像的感知，同时本发明利用超表面器件具备的亚波长像素尺寸，携带特定分布的相位，当入射的空间光场照明该超表面匀光器件后，能够实现对入射光场的视场角的扩展。进一步地，本发明提出了传统透镜与扩大视场角功能型的器件融合的全息相位恢复算法。

35、本发明中提出的动态全息相位恢复算法。可以自动的帧频获得图像以及各通道的光强图。由于本方法提及的大视场角超表面的动态彩色全息相位恢复算法，融合超表面的像素匹配算法、用于色散补偿的r、g、b三色光动态可调成像图匹配算法对图片的具体内容无关，仅需要通过光强图即可直接提取动态全息图。达到快速、便利的作用，同时可以很好地进行色散补偿。

技术特征：

1.一种超表面动态彩色全息显示方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种超表面动态彩色全息显示方法，其特征在于，对所述目标视频数据进行时序图像拆分和颜色通道分类，具体包括：

3.根据权利要求1所述的一种超表面动态彩色全息显示方法，其特征在于，获取各所述颜色通道图像以中心波长像素大小为参考系的光强图，具体包括：

4.根据权利要求1所述的一种超表面动态彩色全息显示方法，其特征在于，基于相位叠加方法对各光强图对应振幅数据的相位分布进行迭代优化，具体包括：

5.根据权利要求1所述的一种超表面动态彩色全息显示方法，其特征在于，基于所述优化后的全息面复振幅数据获取初步全息面相位恢复图，具体包括：

6.根据权利要求1所述的一种超表面动态彩色全息显示方法，其特征在于，在所述初步全息面相位恢复图中引入像素匹配算法进行采样，得到最终全息面相位恢复图，具体包括：

7.一种超表面动态彩色全息显示系统，其特征在于，包括：

8.一种电子设备，其特征在于，包括存储器及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述电子设备执行根据权利要求1-6中任一项所述的一种超表面动态彩色全息显示方法。

9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-6中任一项所述的一种超表面动态彩色全息显示方法。

技术总结
本发明属于光学全息显示技术领域，并公开了一种超表面动态彩色全息显示方法、系统、设备及介质，包括：获取目标视频数据；对所述目标视频数据进行时序图像拆分和颜色通道分类，得到若干颜色通道图像；获取各所述颜色通道图像以中心波长像素大小为参考系的光强图；基于相位叠加方法对各光强图对应振幅数据的相位分布进行迭代优化，当满足预设迭代步数时，得到优化后的全息面复振幅数据；基于所述优化后的全息面复振幅数据获取初步全息面相位恢复图，在所述初步全息面相位恢复图中引入像素匹配算法进行采样，得到最终全息面相位恢复图。本发明所述技术方案能够还原相位信息并且能够实现大视场角全息显示的功能。

技术研发人员：邓子岚,邓倩媚,李枫竣,万舟,胡孟霞,黄坤
受保护的技术使用者：暨南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17