技术领域
[0001] 本
发明属于计算全息图制作技术领域，具体为一种彩色计算全息颜色信息的传递方法。
背景技术
[0002] 鉴于彩色计算全息术的灵活、方便、廉价以及极具现场性的艺术表现
力等诸多优点，彩色计算全息术已经成为实现三维显示的重要技术，是目前三维显示的研究热点之一，并在静态和动态三维显示方面的应用都取得重要的进展。
[0003] 众所周知，彩色计算全息所用的颜色信息是彩色数字图像信息，它的颜色由彩色显示器三原色显色材料的显色特性决定，即PAL或NTSC彩色制式。彩色全息图再现是通过衍射成像，衍射像的颜色由计算全息图编码时原色物光波的振幅、全息图的类型和再现
光源的
光谱分布决定，在计算彩色全息显示中，所谓“彩色的精确重现”指的是再现像的颜色与PAL或NTSC制式显示器上显示的颜色两者在视觉上完全相同，因而计算全息显示实际上是一项彩色信息传递技术。在彩色计算全息三维显示中，颜色信息的传递是一个非常重要的问题，它直接关系到再现像的
质量。至今尚未见有关彩色计算全息颜色信息传递方法的论文和
专利。
发明内容
[0004] 针对
现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种彩色计算全息颜色信息传递方法的技术方案，使得全息再现像的颜色和
电子显示色系下的颜色一样。
[0005] 所述的彩色计算全息颜色信息的传递方法，其特征在于包括以下步骤：
[0006] 1）获取电子显示色系下颜色的三刺激值Re、Ge、Be；
[0007] 2）将电子显示色系下颜色的三刺激值Re、Ge、Be转
化成彩色计算全息色系下的三刺激值Rh、Gh、Bh；
[0008] 3）将彩色计算全息色系下的三刺激值Rh、Gh、Bh转化为计算全息的物光波振幅 。
[0009] 所述的彩色计算全息颜色信息的传递方法，其特征在于所述的电子显示色系下颜色的三刺激值Re、Ge、Be转化成彩色计算全息色系下的三刺激值Rh、Gh、Bh的过程如下：
[0010] 设某一电子显示色系的三原色 在CIE-1931 XYZ色系下的
色度坐标分别为 ， ， ，该色系下有一待编码物体的颜色为C，其三刺
激值为Re、Ge、Be，彩色计算全息色系的三原色计算
波长分别为 ，它们分别作为彩色计算全息色系的三原色 ，波长为 , 的光谱色在[XYZ]色系下的色度
坐标分别为 ， ， ；
[0011] 根据色度学原理，RGB色系的颜色量R、G、B和[XYZ]色系的颜色量X、Y、Z之间的转换关系为：
[0012] （1）
[0013] （2）
[0014] 其中 ， ， 分别是RGB色系三原色在[XYZ]色系下的色度坐标，系数 可由下式决定：
[0015] （3）
[0016] 三刺激值和色度坐标间的关系为：
[0017] （4）
[0018] 电子显示色系[ReGeBe]的三原色分别为 ，它们在[XYZ]色系下的色度坐标分别为 ， ， ，采用（1）式可以得到，颜色量Re、Ge、Be 和
X、Y、Z之间的转化关系为：
[0019] （5）
[0020] 其中系数 为：
[0021]
[0022] 设选择[ReGeBe]色系三原色的主波长为彩色计算全息色系的三原色波长，由（2）式即可得到[RhGhBh] 和 [XYZ]之间的转化关系为：
[0023] (6)
[0024] 其中系数 为：
[0025]
[0026] 将（5）式代入（6）式，可以得到[ReGeBe]色系和[RhGhBh]色系间的转换关系：
[0027] （7）
[0028] 系数为：
[0029] (8)
[0030] 由（7）式即可将[ReGeBe]色系下任意彩色目标的颜色量转化成[RhGhBh]色系下的颜色量，即完成了颜色由电子显示色系向彩色计算全息色系的传递。
[0031] 所述的彩色计算全息颜色信息的传递方法，其特征在于所述的彩色计算全息三刺激值向物光波振幅的转化过程如下：
[0032] 设全息再现光谱不展宽，则彩色全息图显色是通过照明光中波长为 的三色光合成的，设照明光源中波长为 的光谱相对功率为 ，颜色C的三刺激值是 ，则与之对应的振幅为：
[0033] （9）
[0034] 其中，匹配系数 、 和 应该满足下式关系：
[0035] （10）
[0036] 上式中 分别是在波长为 处的视见度函数值，式中是以再现光源中波长为 的三原色光匹配成白光时，所需各原色光的
亮度，它们分别为：
[0037] （11）
[0038] 其中 是所匹配成白光的三刺激值，系数由下式决定：
[0039] (12)
[0040] 其中 ； ； 是波长为 的三个光谱色的色度坐标；
[0041] 这样就将彩色计算全息色系下的三刺激值转化为物光波的振幅，即完成了颜色由彩色计算全息三刺激值向物光波振幅的传递。
[0042] 本发明具有以下有益效果：
[0043] 在彩色计算全息图制作时，通过本发明提供的技术方案即可将电子显示色系下任意颜色的颜色量转化成计算全息色系下的颜色量，进而得到相应的可用于计算全息编码的物光波振幅，经全息编码即可得到数字化的彩色计算全息图，再通过设备将其输出，即得到可光学再现的彩色全息图；若所涉及的所有与工艺参数有关的转化系数都与实际一致，并且彩色计算全息图的实际制作工艺都是理想的情况下，全息再现像的颜色将与电子显示色系下的原始目标相等。
具体实施方式
[0044] 下面结合
说明书附图对本发明做进一步说明：
[0045] 彩色计算全息的原始彩色数据来源于电子显示色系（PAL-RGB或者NTSC-RGB），各颜色有其自身的三刺激值（颜色量），例如在PAL-RGB色系下，有一目标的颜色C，其三刺激值即为 ，现在要对其进行全息编码，并且彩色计算全息的三原色波长已给定，那么彩色计算全息色系的颜色特性也就确定了。因而存在两套显色系统分别是：电子显示系统和彩色计算全息显色系统 。这两套显示系统的
显色性是不同的，也就是说若在 色系下欲显示一视觉上与C相等的颜色，需要的三刺激值将是 ，
我们可以根据色度学颜色匹配原理确定 ，这样我们即完成了颜色从电子显示色系到彩色计算全息色系的传递。
[0046] 由上述技术内容，即可得到颜色C在 色系下的三刺激值，由计算全息编码原理知，计算全息的本质是数字化的物理过程，因而在全息图编码过程中，所涉及到与光波有关的物理量必须是振幅或者是复振幅。因而我们必须建立起物光波振幅与其颜色量之间的关系，由彩色计算全息的实现过程可知，最终全息再现像的颜色不仅与编码时物光波振幅有关，而且还与实际的全息图再现光源的光谱分布有关。因而我们的目标是当全息再现光源的相对光谱功率分布已知的情况下，根据颜色匹配原理严格计算出在全息图编码时，物光波的振幅所应该满足的条件。因而，本发明的技术内容主要是从电子显示色系颜色量向彩色计算全息色系颜色量的转化，以及期望最终全息再现像的颜色与电子显示色系下颜色一致，编码物光波的振幅所应该满足的一般关系。
[0047] 众所周知，要保证完全无颜色误差全息再现是很难的，因为我们在实际全息图制作时候难以保证诸多的技术工艺都是完美的。因而实际全息再现像总是存在色差的，从另外一个
角度来说，对于服务于人眼视觉的彩色显示技术来说完全无色差再现是没有必要的。实践表明通过本发明的技术方案即可达到令人非常满意的彩色全息再现效果。
[0048] 本发明和现在的技术不同不仅仅是传递方式，现有技术中没有考虑颜色的传递问题，是直接用电子显示色系下颜色的三刺激值Re、Ge、Be作为编码物光波的振幅进行全息图的计算，经过实验证明，其全息再现像颜色复现误差是非常大的，例如：计算机显示色下下一目标颜色是饱和红色，但是全息再现像颜色是橙色甚至是淡黄色。因而这种传统的方法不仅缺乏严格的颜色传递理论依据，而且实践表明这种方法无法使得颜色从电子显示色系正确地传递到彩色计算全息色系。
[0049] 本发明的目的是使得全息再现像的颜色和电子显示色系下的颜色一样，为了达到本发明的目的，必须要得到正确的编码物光波振幅，而编码物光波如何得到便是通过本发明的方法，即首先将电子显示色系Re、Ge、Be转化成Rh、Gh、Bh，再将Rh、Gh、Bh转化成对应的编码物光波振幅。
[0050] 本发明彩色计算全息颜色信息的传递方法，主要包括以下步骤：
[0051] 1）获取电子显示色系下颜色的三刺激值Re、Ge、Be；
[0052] 2）将电子显示色系下颜色的三刺激值Re、Ge、Be转化成彩色计算全息色系下的三刺激值Rh、Gh、Bh；
[0053] 3）将彩色计算全息色系下的三刺激值Rh、Gh、Bh转化为计算全息的物光波振幅。
[0054] 上述电子显示色系下颜色的三刺激值Re、Ge、Be转化成彩色计算全息色系下的三刺激值Rh、Gh、Bh的过程如下：
[0055] 设某一电子显示色系的三原色 在CIE-1931 XYZ色系下的色度坐标分别为 ，（ ），（ ），该色系下有一待编码物体的颜色为C，其三
刺激值为Re、Ge、Be，彩色计算全息色系的三原色计算波长分别为 ，它们分别作为彩色计算全息色系的三原色 ，波长为 , 的光谱色在[XYZ]色系下的色
度坐标分别为 ； ；（ ）；
[0056] 根据色度学原理，RGB色系的颜色量R、G、B和[XYZ]色系的颜色量X、Y、Z之间的转换关系为：
[0057] （1）
[0058] （2）
[0059] 其中 ， ， 分别是RGB色系三原色在[XYZ]色系下的色度坐标，系数 可由下式决定：
[0060] （3）
[0061] 三刺激值和色度坐标间的关系为：
[0062] （4）
[0063] 电子显示色系[ReGeBe]的三原色分别为 ，它们在[XYZ]色系下的色度坐标分别为 ， ， ，采用（1）式可以得到，颜色量Re、Ge、Be 和
X、Y、Z之间的转化关系为：
[0064] （5）
[0065] 其中系数 为：
[0066]
[0067] 设选择[ReGeBe]色系三原色的主波长为彩色计算全息色系的三原色波长，由（2）式即可得到[RhGhBh] 和 [XYZ]之间的转化关系为：
[0068] (6)
[0069] 其中系数 为：
[0070]
[0071] 将（5）式代入（6）式，可以得到[ReGeBe]色系和[RhGhBh]色系间的转换关系：
[0072] （7）
[0073] 系数为：
[0074] (8)
[0075] 由（7）式即可将[ReGeBe]色系下的任意颜色量转化成[RhGhBh]色系下的颜色量，即完成了颜色由电子显示色系向彩色计算全息色系的传递。
[0076] 上述彩色计算全息三刺激值向物光波振幅的转化过程如下：
[0077] 设全息再现光谱不展宽，则彩色全息图显色是通过照明光中波长为 的三色光合成的，设照明光源中波长为 的光谱相对功率为 ，颜色C的三刺激值是 ，则与之对应的振幅为：
[0078] （9）
[0079] 其中，匹配系数 、 和 应该满足下式关系：
[0080] （10）
[0081] 上式中 分别是在波长为 处的视见度函数值，式中是以再现光源中波长为 的三原色光匹配成白光时，所需各原色光的亮度，它们分别为：
[0082] （11）
[0083] 其中 是所匹配成白光的三刺激值，系数由下式决定：
[0084] (12)
[0085] 其中 ； ； 是波长为 的三个光谱色的色度坐标；
[0086] 这样就将彩色计算全息色系下的三刺激值转化为物光波的振幅，即完成了颜色由彩色计算全息三刺激值向物光波振幅的传递。
[0088] （1）获取电子显示色系下颜色的颜色量
[0089] 选择PAL制式色系下目标三色圆为计算全息的物体，其各颜色区域的颜色量Re，Ge，Be，如表1所示；
[0090] 表1 计算全息物体在PAL色系下的颜色量
[0091]
[0092] （2）将颜色量Re，Ge，Be转化成彩色计算全息色系下的三刺激值Rh，Gh，Bh[0093] 选择PAL电子显示色系三原色主波长为彩色计算全息的三原色波长，分别为，首先通过查CIE-1931 XYZ光谱三刺激值表得到全息计算波长的光谱三刺激值，再由颜色三刺激值和色度坐标的关系（4）式即可得到计算全息三原色的色度坐标： ； ； ，并选择D65为参考白，各数据如表2
所示；
[0094] 表2 彩色计算全息颜色匹配的主要参数
[0095]
[0096] 将表2数据代入（7）和（8）式, 即可确定由 向 进行传递的传递关系：
[0097]
[0098] 根据表1以及上式，即可得到三色圆的各
色域在[RhGhBh]色系下的颜色量，由表3所示；
[0099] 表3 物体各色域在[RhGhBh]色系下的颜色量
[0100]
[0101] （3）将Rh，Gh，Bh转化为计算全息的物光波振幅Aocr，Aocg，Aocb[0102] 设全息图再现光源为CIE标准照明体A光源，其相对光谱功率分布是已知的，即A光源在波长为 处的功率 是确定的，并且在 处的人眼视见度函数 可通过查表得到。用A光源中波长为 的三原色光匹配成白光D65，
则它们各自的亮度 可由（11）和（12）式计算得到，因而即可由（10）式计算得到匹配系数，各参数由表4所示；
[0103] 表4 颜色量和物光波振幅间转化方程的系数
[0104]
[0105] 根据（9）式以及表3所给颜色量数据，即可计算得到三色圆在彩色计算全息色系下的三原色物光波振幅，如表5所示；
[0106] 表5 各颜色在彩色计算全息色系下的物光波振幅。
[0107]
