【技術實現步驟摘要】
一、本專利技術涉及計算全息顯示技術，更具體地說，本專利技術涉及一種基于分數階離散卷積的低噪聲彩色全息圖計算方法。
技術介紹
0、二、
技術介紹
1、全息顯示技術作為最理想的3d顯示技術之一，在醫療、教育、軍事、娛樂等領域有著重要的應用。為了獲得更逼真的觀看體驗，高質量的彩色全息3d顯示技術是必要的。然而，由于激光相干性等因素的影響，彩色全息3d顯示中存在散斑噪聲、色差等問題，極大地影響了觀看體驗。一些研究人員利用閃耀光柵配合高通濾波器消除零級光和雜散光，以獲得高質量的彩色全息3d再現像。然而，閃耀光柵的偏移量是離散化的，導致再現像位置偏移的自由度較低。此外，一些研究人員通過對被記錄物體的原圖進行預補償來消除倍率色差。然而，對被記錄物體原圖進行預補償會使得紅、綠、藍三色通道圖像之間的分辨率差距過大，限制了彩色全息顯示的實用性。到目前為止，盡管彩色全息3d顯示在各方面都取得了很大進展，但其離應用還有較遠的距離。如何在消除倍率色差的同時實現低噪聲的彩色全息3d顯示，已成為現階段全息顯示技術亟待解決的關鍵問題之一。
技術實現思路
0、三、
技術實現思路
1、本專利技術提出一種基于分數階離散卷積的低噪聲彩色全息圖計算方法，如附圖1所示，該方法包括以下三個步驟：第一步，分別提取出彩色3d物體紅色、綠色和藍色通道的強度和深度圖信息，以單個通道的強度信息的圖像中心為原點在四周擴展零元素，得到單個通道的初始振幅信息，其中，原通道信息所在的位置是原圖區間，擴展的零元素所在的位置為擴
2、在步驟一中，提取出三個通道的強度信息之后，以單通道為例，設定該通道信息為原通道信息，為了避免在步驟二中的迭代運算中產生串擾，對原通道信息尺寸進行擴展，即在原圖四周添加強度為零的信息，得到初始振幅信息，其中，原通道信息所在的位置是原圖區間，強度為零的信息所在的位置為擴展區間。結合該通道提取出的深度信息，通過計算該深度對應的分數階離散卷積變換階數，設置對應的擴展區間范圍。若原通道信息的深度為z時對應的變換階數是a，則初始振幅信息的尺寸相比于原通道信息尺寸被放大的倍數g表示為：
3、
4、此外，對初始振幅信息中的原圖區間疊加二次相位得到物平初始復振幅分布，其中，疊加的二次相位表示為：
5、
6、其中，x和y分別表示二次相位的橫坐標和縱坐標，m和n分別表示原圖區間的橫向和縱向分辨率。
7、在步驟二中，對物平面初始復振幅分布進行分數階離散卷積變換得到的全息面復振幅分布d1(x,y)表示為：
8、
9、其中，d0(x,y)表示物平面初始復振幅分布，i代表虛數。λ是入射光的波長，fe是標準焦距，dx與du分別是物平面和全息面的采樣間隔，dct表示離散卷積變換。離散卷積變換的公式表示為：
10、
11、式中，
12、g(x,y)*h(u-x,v-y)＝ifft{fft[g(x,y)]×fft[h(u-x,v-y)]}???????????(5)
13、
14、h(u-x,v-y)＝exp(iπs[(u-x)2+(v-y)2])????????????????????(7)
15、
16、其中，f是透鏡的焦距，(x,y)為物平面坐標，(u,v)為全息面坐標，(x0,y0)為物平面的中心點坐標，(u0,v0)為全息面的中心點坐標，fft和ifft分別是傅里葉變換和逆傅里葉變換。通過在離散卷積變換計算中設置物平面和全息面圖像的中心點位置，避免全息再現像與零級光和雜散光重合，無需使用離散化的閃耀光柵，提升了再現像位置的自由度。此外，離散卷積變換計算中物平面和全息面的采樣率是自由的，通過調節采樣率數值，實現了全息再現像大小的自由控制，解決了倍率色差需要對原圖進行預補償的問題。
17、提取全息面復振幅分布d1(x,y)的相位信息并對其進行逆分數階離散卷積變換得到物平面復振幅分布d2(x,y)：
18、
19、對d2(x,y)的原圖區間施加振幅和二次相位的雙約束得到優化后的物平面復振幅分布d3(x,y)：
20、
21、其中，s和n分別代表原圖區間和擴展區間，rd(x,y)表示為原通道的初始振幅信息，和a2分別表示物平面復振幅分布的相位和振幅。通過雙約束優化，全息圖的相位分布收斂到局部最優值，可有效抑制全息再現像中的散斑噪聲。
22、在步驟三中，根據之前提取到的深度信息計算對應的分數階離散卷積變換階數。分數階離散卷積變換階數的對應關系如附圖2所示，x-y為物平面，u-v為全息面，a為變換階數，在分數階離散卷積變換中，z與a的關系表示為：
23、
24、優選地，a的取值范圍為(0,2)。a＝1時，再現像位置在成像透鏡的焦距處，a<1時，再現像位于透鏡焦面之前，a越小則距離透鏡焦面越遠；a>1時，再現像位于透鏡焦面之后，a越大則距離透鏡焦面越遠。通過疊加不同a計算得到的全息圖，可實現再現像深度不同的全息3d顯示。
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1.一種基于分數階離散卷積的低噪聲彩色全息圖計算方法，其特征在于，該方法包括以下三個步驟：
【技術特征摘要】
1.一種基于分數階離散卷積的低噪聲彩色全息圖計...
【專利技術屬性】
技術研發人員：李楠楠，劉素娟，顏浩楠，冀少杰，王迪，楊坤，
申請(專利權)人：鄭州輕工業大學，
類型：發明
國別省市：
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