三維顯示可以分為(wei) 立體(ti) 顯示(stereoscopic display,基於(yu) 幾何光學)、光場顯示(light-field display,基於(yu) 幾何光學)和全息顯示(基於(yu) 波動光學)三種。由於(yu) 立體(ti) 顯示和光場顯示隻能記錄和重建光的強度，在圖像的三維重建過程中造成相位丟(diu) 失，因此三維圖像的質量可能會(hui) 下降。相比之下，由於(yu) 全息顯示器可以將光的強度和相位都記錄為(wei) 全息圖，因此全息顯示可以準確重建光的相位，從(cong) 而可以重建具有深度的高質量三維圖像。電子全息術可以通過在空間光調製器上顯示全息圖來重建運動圖像。為(wei) 了使用電子全息技術實現三維顯示，科研人員已經對現實空間中的三維信息獲取、CGH計算和三維圖像重建進行了大量研究。雖然已經報道了使用真實三維對象的三維信息進行三維圖像重建，但這些研究並未實時執行從(cong) 獲取三維信息到連續重建三維圖像的處理。為(wei) 了實現利用電子全息技術對真實場景的實時重建，需要不斷地執行從(cong) 獲取三維信息到重建三維圖像的一係列過程。
使用電子全息顯示係統實時重建深度真實場景的三維視頻
技術背景：
三維顯示可以分為(wei) 立體(ti) 顯示(stereoscopic dISPlay,基於(yu) 幾何光學)、光場顯示(light-field display,基於(yu) 幾何光學)和全息顯示(基於(yu) 波動光學)三種。由於(yu) 立體(ti) 顯示和光場顯示隻能記錄和重建光的強度，在圖像的三維重建過程中造成相位丟(diu) 失，因此三維圖像的質量可能會(hui) 下降。相比之下，由於(yu) 全息顯示器可以將光的強度和相位都記錄為(wei) 全息圖，因此全息顯示可以準確重建光的相位，從(cong) 而可以重建具有深度的高質量三維圖像。電子全息術可以通過在空間光調製器上顯示全息圖來重建運動圖像。為(wei) 了使用電子全息技術實現三維顯示，科研人員已經對現實空間中的三維信息獲取、CGH計算和三維圖像重建進行了大量研究。雖然已經報道了使用真實三維對象的三維信息進行三維圖像重建，但這些研究並未實時執行從(cong) 獲取三維信息到連續重建三維圖像的處理。為(wei) 了實現利用電子全息技術對真實場景的實時重建，需要不斷地執行從(cong) 獲取三維信息到重建三維圖像的一係列過程。
已有使用光場技術對真實場景進行實時電子全息重建的報道。光場相機可以獲取實際物體(ti) 的三維信息作為(wei) 光場。由於(yu) 光場技術可以很容易地實現遮擋剔除，當眼睛位置發生變化時，可以正確重建三維圖像的遮擋。在使用光場技術時，如果三維物體(ti) 與(yu) 微透鏡陣列之間的距離較長，則獲取的三維物體(ti) 的圖像質量會(hui) 明顯下降。盡管可以使用與(yu) 光場相機的位置相對應的多個(ge) 光線采樣平麵來解決(jue) 這個(ge) 問題，但是為(wei) 了清晰地獲取三維對象的三維信息，需要在改變深度的同時多次采集圖像。換言之，使用光場技術無法一次清楚地獲取深度較深的三維對象的三維信息。由於(yu) 有效獲取深度較深的三維信息需要花費大量時間，因此很難捕捉到人的運動等動態場景。這是實現基於(yu) 電子全息的下一代三維電視係統麵臨(lin) 的嚴(yan) 峻問題。
技術要點：
基於(yu) 此，日本千葉大學的Hidenari Yanagihara和Tomoyoshi Ito等人提出一種不采用光場技術的實時電子全息係統，成功重建了一個(ge) 人在現實世界空間中移動的三維實時視頻(單色為(wei) 14fps，全彩為(wei) 5fps)。
(1) 使用RGB-D相機獲取真實空間中三維對象的三維信息作為(wei) 具有顏色和位置信息的點雲(yun) 數據(一次拍攝就可獲取深度三維對象的三維信息)；
(2) 剔除背景信息，隻提取人的三維信息，減少物體(ti) 點，提高CGH計算速度；
(3) 使用GPU加速CGH的計算(NVIDIA，"GeForce GTX 1080 Ti");
(4) 將計算所得CGH顯示在空間光調製器上，通過用重建光照射來重建三維圖像。
圖1 係統示意圖
實驗結果：
顯示係統
單色重建
全彩重建
附錄：
重建全彩三維圖像的光學裝置。AP:aperture, CL:collimator lens, DM:dichroic mirror, F:field lens,H:half mirror,L:laser, M:mirror, OL: objective lens, RL:relay lens, S:SLM
參考文獻：Hidenari Yanagihara, Takashi Kakue, Yota Yamamoto, Tomoyoshi Shimobaba, and Tomoyoshi Ito, "Real-time three-dimensional video reconstruction of real scenes with deep depth using electro-holographic display system," Opt. Express 27, 15662-15678 (2019)
DOI：https://doi.org/10.1364/OE.27.015662
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