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一种消除像素结构空间光调制器零级噪声的方法

阅读:1029发布:2020-08-29

专利汇可以提供一种消除像素结构空间光调制器零级噪声的方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种消除 像素 结构空间光 调制器 零级噪声的方法,在空间光调制器中集成微纳元件,并计算得到集成微纳元件的空间光调制器的总透过率函数。通过调节微纳元件和空间光调制器的像素结构参数,即可以调整集成微纳元件的空间光调制器的总透过率函数,从而增强再现图像的 对比度 ;又可以调节ξ1,ξ2和ξ3的比例,进而可以达到调制空间光调制器的填充率的目的。最终达到消除像素结构空间光调制器产生的零级噪声,提高系统的成像 质量 的目的。可以广泛应用于空间光调制领域中全息投影技术当中。,下面是一种消除像素结构空间光调制器零级噪声的方法专利的具体信息内容。

1.一种消除像素结构空间光调制器零级噪声的方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一:在空间光调制器中集成微纳元件,微纳元件的像素结构与空间光调制器的像素结构一一对应,微纳元件与空间光调制器的参数满足dx>ax>bx,dy>ay>by;
其中空间光调制器单个像素透光尺寸为ax×ay,x方向和y方向的像素间距分别为dx和dy,整个像素阵列表面的尺寸为Lx和Ly;
微纳元件单个像素透光尺寸为ax×ay,x方向和y方向的像素间距分别为dx和dy;
未被微纳元件调制的有源区的尺寸为bx×by;
步骤二:计算空间光调制器未被微纳元件调制的有源区域的透射率S原像(x,y),步骤三:计算空间光调制器有源区边缘被微纳元件调制后的透射率系数S微分(x,y),其中,-j2π(x+y)为微纳元件的调制函数分布;
步骤四:计算空间光调制器死区的透射系数S死区(x,y)
其中A死区(x,y)exp[iφ死区(x,y)]为空间光调制器死区引起的复振幅分布;
步骤五:得到集成该微纳元件的空间光调制器的总透过率函数
步骤六:调节微纳元件和空间光调制器的像素结构参数,从而调整所述集成该微纳元件的空间光调制器的总透过率函数S(x,y),以及ξ1,ξ2和ξ3的比例;
其中 且ξ1+ξ2+ξ3=1,ξ1+ξ2为空间光调制器的
填充率;
通过调节ξ1,ξ2和ξ3的大小使
和 相互抵消,从而消除零级噪声,提高系统的成像质
量;
上述步骤中rect()为矩形函数, 表示卷积运算,G(x,y)为加载到空间光调制器有源区域的全息图分布。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述微纳元件的像素阵列表面与所述空间光调制器像素阵列表面之间的距离为2cm以下。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述微纳元件紧贴空间光调制器像素阵列表面放置。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述微纳元件每个像素的边缘为固定的数值分布。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述微纳元件有效调制部分为每个像素的边缘,宽度和长度分别为(ax-bx)/2和(ay-by)/2,其余部分调制度为零或为常数。

说明书全文

一种消除像素结构空间光调制器零级噪声的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及空间光调制器领域,尤其涉及一种消除像素结构空间光调制器零级噪声的方法。

背景技术

[0002] 近些年来,随着计算机技术以及空间光调制器件的不断发展,全息投影显示逐渐成为国内外3D立体显示领域的研究热点之一。全息投影显示通过计算机生成全息图,然后加载到空间光调制器上并利用激光衍射来进行成像。它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的全部深度信息,这是其他投影显示方式无法比拟的。然而由于空间光调制器固有的像素结构和有限的填充因子,衍射生成的图像会存在明显的零级干扰,这也是利用商用像素型空间光调制器进行全息投影显示的典型问题。现有技术提出了在全息图上加载发散球面波相位和线性相位,以降低零级光对再现像的影响。这是目前全息投影显示中应用的比较多的一种技术方案。由于空间光调制器的空间带宽积是固定的,附加发散球面波相位和线性相位的空间频谱宽度的扩展会在一定程度上降低系统的成像质量

发明内容

[0003] (一)要解决的技术问题
[0004] 本发明要解决的技术问题就是如何提供一种消除像素结构空间光调制器零级噪声的方法,同时保证不降低系统的成像质量。
[0005] (二)技术方案
[0006] 为了解决上述技术问题,本发明提供了一种消除像素结构空间光调制器零级噪声的方法,包括以下步骤:
[0007] 步骤一:在空间光调制器中集成微纳元件,所述微纳元件的像素结构与空间光调制器的像素结构一一对应,微纳元件与空间光调制器的参数满足dx>ax>bx,dy>ay>by;
[0008] 其中空间光调制器单个像素透光尺寸为ax×ay,x方向和y方向的像素间距分别为dx和dy,整个像素阵列表面的尺寸为Lx和Ly;
[0009] 微纳元件单个像素透光尺寸为ax×ay,x方向和y方向的像素间距分别为dx和dy;
[0010] 未被微纳元件调制的有源区的尺寸为bx×by;
[0011] 步骤二:计算空间光调制器未被微纳元件调制的有源区域的透射率S原像(x,y),[0012]
[0013] 步骤三:计算空间光调制器有源区边缘被微纳元件调制后的透射率系数S微分(x,y),
[0014]
[0015] 其中,-j2π(x+y)为微纳元件的调制函数分布;
[0016] 步骤四:计算空间光调制器死区的透射系数S死区(x,y)
[0017]
[0018] 其中A死区(x,y)exp[iφ死区(x,y)]为空间光调制器死区引起的复振幅分布;
[0019] 步骤五:得到集成微纳元件的空间光调制器的总透过率函数
[0020]
[0021] 步骤六:调节微纳元件和空间光调制器的像素结构参数,从而调整所述集成该微纳元件的空间光调制器的总透过率函数S(x,y),以及ξ1,ξ2和ξ3的比例;
[0022] 其中 且ξ1+ξ2+ξ3=1,ξ1+ξ2为空间光调制器的填充率;
[0023] 上述步骤中rect()为矩形函数, 表示卷积运算,G(x,y)为加载到空间光调制器有源区域的全息图分布。
[0024] 优选地,所述微纳元件的像素阵列表面与所述空间光调制器像素阵列表面之间的距离为2cm以下。
[0025] 优选地,所述微纳元件紧贴空间光调制器像素阵列表面放置。
[0026] 优选地,所述微纳元件每个像素的边缘为固定的数值分布,可以对有源区边缘部分实现-j2π(x+y)的调制。
[0027] 优选地,所述微纳元件有效调制部分为每个像素的边缘,宽度和长度分别为(ax-bx)/2和(ay-by)/2,其余部分调制度为零或为常数。
[0028] (三)有益效果
[0029] 本发明的一种消除像素结构空间光调制器零级噪声的方法,在空间光调制器中集成微纳元件,并计算得到集成微纳元件的空间光调制器的总透过率函数。集成微纳元件的空间光调制器的总透过率函数可以增强再现图像的对比度,再与调节空间光调制器的填充率相结合,达到消除像素结构空间光调制器产生的零级噪声的目的,提高系统的成像质量。附图说明
[0030] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0031] 图1:现有技术的空间光调制器的像素结构参数示意图;
[0032] 图2:本发明提供的一种集成微纳元件的空间光调制器的结构参数示意图。

具体实施方式

[0033] 下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明,但不能用来限制本发明的范围。
[0034] 本发明提供一种消除像素结构空间光调制器零级噪声的方法,包括以下步骤:
[0035] 步骤一:在空间光调制器中集成微纳元件,所述微纳元件的像素结构与空间光调制器的像素结构一一对应,微纳元件与空间光调制器的参数满足dx>ax>bx,dy>ay>by;
[0036] 其中空间光调制器单个像素透光尺寸为ax×ay,x方向和y方向的像素间距分别为dx和dy,整个像素阵列表面的尺寸为Lx和Ly,如图1所示;
[0037] 微纳元件单个像素透光尺寸为ax×ay,x方向和y方向的像素间距分别为dx和dy,未被微纳元件调制的有源区的尺寸为bx×by,如图2所示;
[0038] 步骤二:计算空间光调制器未被微纳元件调制的有源区域的透射率S原像(x,y),[0039]
[0040] 步骤三:计算空间光调制器有源区边缘被微纳元件调制后的透射率系数S微分(x,y),
[0041]
[0042] 其中,-j2π(x+y)为微纳元件的调制函数分布;
[0043] 步骤四:计算空间光调制器死区的透射系数S死区(x,y)
[0044]
[0045] 其中A死区(x,y)exp[iφ死区(x,y)]为空间光调制器死区引起的复振幅分布;
[0046] 步骤五:得到集成微纳元件的空间光调制器的总透过率函数
[0047]
[0048] 步骤六:调节微纳元件和空间光调制器的像素结构参数,从而调整所述集成该微纳元件的空间光调制器的总透过率函数S(x,y),以及ξ1,ξ2和ξ3的比例;
[0049] 其中 且ξ1+ξ2+ξ3=1,ξ1+ξ2为空间光调制器的填充率;
[0050] 通过调节微纳元件和空间光调制器的像素结构参数,即可以调整集成微纳元件的空间光调制器的总透过率函数S(x,y),从而增强再现图像的对比度;又可以调节ξ1,ξ2和ξ3的比例,进而可以达到调制空间光调制器的填充率的目的。最终达到消除像素结构空间光调制器产生的零级噪声,提高系统的成像质量的目的;
[0051] 上述步骤中rect()为矩形函数, 表示卷积运算,G(x,y)为加载到空间光调制器有源区域的全息图分布。
[0052] 其中,所述微纳元件紧贴空间光调制器像素阵列表面放置
[0053] 其中所述微纳元件每个像素的边缘为固定的数值分布,不随空间光调制器有源区加载数值的变化而变化,可以对有源区边缘部分实现-j2π(x+y)的调制。
[0054] 所述微纳元件有效调制部分为每个像素的边缘,宽度和长度分别为(ax-bx)/2和(ay-by)/2,其余部分调制度为零或为常数。
[0055] 本实施例中,以傅里叶全息图为例,当用该集成了微纳元件的空间光调制器对全息图进行衍射成像时,成像平面的复振幅分布g(u,v)为透射函数S(x,y)的傅里叶变换[0056]
[0057] 其中
[0058]
[0059]
[0060]
[0061] 其中f(u,v)为原图像,f'(u,v)为原图像的导数,F(u,v)为死区产生的零级噪声;
[0062] 成像平面的复振幅分布也可写为
[0063]
[0064] 其中f(u,v)+f'(u,v)为我们想要的目标图像,对比度相对于原图像有所提高,同时可以通过调节ξ1,ξ2和ξ3的大小使其大括号里的第二项
[0065]
[0066] 和第三项 相互抵消,从而消除零级噪声,提高系统的成像质量。
[0067] 本发明可用于纯相位型空间光调制器、纯振幅型空间光调制器、联合调制空间光调制器及复振幅调制空间光调制器、数字微镜器件等。
[0068] 以上实施方式仅用于说明本发明,而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换,都不脱离本发明技术方案的精神和范围,均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
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