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世界科技创新成果在影视领域的应用全息立体显示技术助推裸眼3D发展 近年来，3d3d显示技术发展迅速，几种3d显示形式不断进入市场。从3d电影和3d电视的温暖程度，我们可以看到3d显示行业的巨大利益和光明前景。 然而目前市场上的3D电影和3D电视都是基于人眼的左右眼的视差效应, 用两个画面合成的伪立体效果, 只具有立体的视觉效果但实际并不包含图像的深度信息。并且在观看3D电影和电视时, 观众需要佩戴特制的眼镜, 长时间容易产生视觉疲劳。因此, 如何实现裸眼3D, 并且使其成为真正融合深度信息的三维立体显示技术成了一个热门的研究课题。基于全息的3D显示技术凭借其精确的深度信息还原和逼真的立体视觉效果, 从众多方法中脱颖而出。 全息式立体显示的最大优点是, 显像器无需安放在桌柜上或者悬挂于墙上, 视像重显的激光束被投射于观看范围之内, 甚至可以射向地板, 观众可以通过任何视角观看, 无需佩戴立体视眼镜。这种迄今只在科幻小说中被描写过的观赏方式, 将从根本上变革电影和电视节目的观赏方式。 全息技术原理 全息技术第一步即拍摄过程是利用干涉原理记录物体光波信息:被全息技术拍摄的物体在激光辐照下形成漫射式的物光束;另一部分激光作为参考光束射到全息底片上, 和物体光束叠加产生干涉, 把物体光波上各点的相位和振幅转换成在空间上变化的强度, 从而利用干涉条纹间的反差和间隔将物体光波的全部信息记录下来。记录着干涉条纹的底片经过显影、定影等处理程序后, 便成为一张全息图, 或称全息照片。第二步, 利用衍射原理再现物体光波信息, 即成像过程。全息图犹如一个复杂的光栅, 在相干激光照射下, 一张线性记录的正弦型全息图的衍射光波一般可给出两个像, 即原始像 (又称初始像) 和共轭像。再现的图像立体感强, 具有真实的视觉效应。全息图的每一部分都记录了物体上各点的光信息, 故原则上它的每一部分都能再现原物的整个图像, 通过多次曝光还可以在同一张底片上记录多个不同的图像, 而且能互不干扰地分别显示出来 (见图1) 。 全息技术又分为纯光学全息和基于计算机的计算全息 (CGH Computer generated hologram) 。光学全息记录全息图的过程对环境要求十分严苛, 需要保证无噪音, 无振动, 并且要求用相干性极好的激光光源, 为了解决这个问题, 人们开始发展基于计算机的计算全息术 (见图2) 。 计算全息术是将实际物体的光波进行抽样, 或者通过将光波的描述函数输入计算机, 用计算机模拟实际的干涉过程, 计算出干涉条纹从而得到计算全息图, 再将计算全息图放到实际光路中以便得到重现的图像。由于计算全息并不一定非要有实际的物体存在, 只要有物体的描述函数就行, 并且整个成图的过程都是在计算机中完成, 因而对环境的要求较为简单, 可重复性也比较高。计算全息图也比较容易存储和复制。因此计算全息在3D显示方面的应用前景无限光明 (见图3) 。 全息投影显示系统的研发历程 计算全息三维投影显示能够完整记录和重建三维物体的波前, 提供人眼视觉系统所需全部深度信息, 在国际上是裸视真三维显示技术的研究热点。与光学全息显示相比, 计算全息三维投影显示具有制作简单、效率高、成本低和便于信息的存储和传输等显著优点, 不仅可以显示静态的实物, 而且可以显示虚拟动态物体。但是计算全息三维投影显示通常需要借助空间光调制器 (SLM) 来显示三维图像, 因此图像的质量受到SLM的阵列大小、像素尺寸、填充率、帧频和衍射效率等性能参数的限制。SLM按照光的读出方式不同, 分为反射式和透射式;按照输入控制信号的不同, 分为光寻址 (OA) 和电寻址 (EA) ;按照调制类型的不同, 分为振幅型和相位型。目前市场上的SLM有液晶显示 (LCD) , 数字微镜阵列 (DMD) 和硅基液晶 (LCOS) 。其中LCOS是近年来发展非常迅速的一类器件, 它采用有源点阵反射式液晶显示技术, 是LCD和CMOS集成电路的有机结合, 和LCD相比, LCOS具有更高的分辨率、开口率和衍射效率 (见图4) 。相位型SLM由于具有较高的衍射效率, 最近几年得到了广泛的应用。 最早成功实现全息三维投影显示的是美国麻省理工学院媒体实验室空间光学成像实验小组。1989年, 他们开发了以扫描声光调制器为核心的第一代全息投影显示系统, 其后几年先后开发了第二代和第三代全息投影显示系统, 其中第三代系统可以显示尺寸为80mm×60 mm×80mm、视场角为24°的三维图像。但是由于声光调制器是一个一维装置, 必须通过扫描镜来获取水平和垂直的图像, 在使用时受到了限制。美国德克萨斯州西南大学医学中心于2003年建立了一套利用DMD芯片的全息动态投影显示系统。将计算全息图加载到DMD上, 通过数字微反射镜对入射光场的