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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 計(jì)算全息圖輸出系統(tǒng)的研制
- 來(lái)源：
- 第十一屆“挑戰(zhàn)杯”國(guó)賽作品
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)介：
- 計(jì)算全息用于立體顯示不僅引起了三維顯示學(xué)術(shù)界研究熱潮，而且也得到了光電子相關(guān)產(chǎn)業(yè)的廣泛關(guān)注。 大面積計(jì)算全息圖的快速輸出，一直是學(xué)術(shù)界以及產(chǎn)業(yè)界面臨的共同難題。針對(duì)傳統(tǒng)計(jì)算全息圖輸出設(shè)備的應(yīng)用局限性，我們結(jié)合計(jì)算機(jī)和光電技術(shù)，研制了一臺(tái)計(jì)算全息圖自動(dòng)輸出系統(tǒng)，為計(jì)算全息圖的快速輸出提供必要的設(shè)備。
- 詳細(xì)介紹：
- 利用分塊、分時(shí)、拼接技術(shù)實(shí)現(xiàn)了計(jì)算全息圖的輸出。首先，用我們自行開(kāi)發(fā)的計(jì)算全息圖分割軟件將計(jì)算全息圖分割成一系列1024*768的小塊全圖，將其按照一定的空間順序編號(hào)。然后，由主控計(jì)算機(jī)控制小全息圖輸入透射型空間光調(diào)制器(SLM )，每輸入一幅小全息圖，主控計(jì)算控制快門打開(kāi)，將其微縮像曝光于固定在二維移動(dòng)平臺(tái)的感光介質(zhì)上。接著，快門關(guān)閉，二維移動(dòng)平臺(tái)移動(dòng)一定距離，進(jìn)行下一個(gè)小全息圖的曝光。通過(guò)重負(fù)上述過(guò)程，就可以將大幅的計(jì)算全息圖輸出在全息感光介質(zhì)上。
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作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 目的： 立體顯示研究一直是國(guó)內(nèi)外的熱點(diǎn)。全息立體顯示因其真三維顯示能力而極具吸引力。隨著計(jì)算機(jī)和光電技術(shù)的快速發(fā)展，計(jì)算全息用于立體顯示引起了三維顯示學(xué)術(shù)界以及光電子產(chǎn)業(yè)界的研究熱潮。 如何輸出計(jì)算全息圖是一關(guān)鍵技術(shù)。我們結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)，光電技術(shù)及精密機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)，研制了一臺(tái)計(jì)算全息圖輸出系統(tǒng)。 基本思路： 利用分塊、分時(shí)、拼接技術(shù)實(shí)現(xiàn)了計(jì)算全息圖的輸出。系統(tǒng)將計(jì)算全息圖按順序分幅, 并逐幅輸入透射型空間光調(diào)制器,然后將其經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)縮拍在固定于二維移動(dòng)平臺(tái)的感光介質(zhì)上。 創(chuàng)新點(diǎn)： 用成像的方法實(shí)現(xiàn)了計(jì)算全息圖的輸出，克服了傳統(tǒng)激光全息激光散斑，難以制作自然場(chǎng)景全息圖等缺點(diǎn)。系統(tǒng)具有體積小，硬件制作成本低等優(yōu)點(diǎn)。 技術(shù)關(guān)鍵和技術(shù)指標(biāo)： 1.軟件開(kāi)發(fā) 通過(guò)C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)，已開(kāi)發(fā)各類計(jì)算全息制作軟件，為計(jì)算全息圖快速生成提供必要工具。 2.分頻技術(shù) 通過(guò)優(yōu)化分頻，開(kāi)發(fā)了計(jì)算全息圖輸出系統(tǒng)控制軟件。 3.精密移動(dòng)平臺(tái)精度 精密移動(dòng)平臺(tái)精度是1.25μm。 4.光學(xué)系統(tǒng)縮微倍率 實(shí)用計(jì)算全息圖空間頻率可控制在150lp/mm,我們的光學(xué)系統(tǒng)縮微倍率可達(dá)到170lp/mm。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 科學(xué)性： 蘇大的點(diǎn)陣全息圖制作系統(tǒng)，根據(jù)不同物點(diǎn)全息圖光柵條紋不同，通過(guò)計(jì)算機(jī)調(diào)整光柵參數(shù)，最后通過(guò)激光干涉形成點(diǎn)全息圖。 芬蘭的KDT450-A全息圖輸出設(shè)備。其原理與上述系統(tǒng)類似。不同的是，本系統(tǒng)的光柵是由計(jì)算機(jī)控制LCD輸出圖像而得。目前國(guó)內(nèi)售價(jià)20多萬(wàn)歐元。 索尼的合成全息圖制作系統(tǒng)，利用數(shù)碼相機(jī)拍攝景物得體視圖像并輸入LCD，顯示的圖像依次通過(guò)柱透鏡成像到記錄平面，引入?yún)⒖脊飧缮嫘纬珊铣扇D。 我們采用計(jì)算全息生成全息圖，再通過(guò)成像的方法輸出全息圖，因而避免激光全息拍攝時(shí)必須的相干光及防震臺(tái)。該技術(shù)既不受激光全息苛刻記錄條件的限制，又保留了全息顯示的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)。 先進(jìn)性: 1.無(wú)需傳統(tǒng)光學(xué)全息所必須的相干光和防震臺(tái)。 2.較傳統(tǒng)微縮方法更具實(shí)時(shí)性。 3.制作自然場(chǎng)景（包括人像）的全息圖。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 1.本系統(tǒng)樣機(jī)的研制得到國(guó)家自然基金的支助，并于2008年12月6日，通過(guò)教育部組織的鑒定。 2.在?！疤魬?zhàn)杯”課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽中獲“特等獎(jiǎng)”。 3.浙江省第十一屆“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽中獲得“一等獎(jiǎng)”。
作品所處階段
- B中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 技術(shù)購(gòu)買
作品可展示的形式
- 實(shí)物、產(chǎn)品、圖紙、圖片、樣品、錄像
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 使用說(shuō)明： 將計(jì)算全息圖輸入主控計(jì)算機(jī)，用全息圖分割軟件將其分割成一系列小全息圖。然后，在系統(tǒng)控制軟件界面上設(shè)置運(yùn)行參數(shù)。最后，將全息干板安裝于精密移動(dòng)平臺(tái)，運(yùn)行 “普通方式”，系統(tǒng)便可進(jìn)行自動(dòng)輸出計(jì)算全息圖。 技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)： 通過(guò)三維建?；蛉S掃描儀獲得三維數(shù)據(jù)，根據(jù)實(shí)際需要生成不同類型的全息圖，然后，將其用計(jì)算全息圖輸出系統(tǒng)輸出。系統(tǒng)可制作的全息圖類型多，更具特色的是能制作包括人像在內(nèi)的自然場(chǎng)景的全息圖。 適應(yīng)范圍及推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明： 隨著計(jì)算機(jī)性能的提高，加之人們對(duì)立體顯示的追求，計(jì)算全息立體顯示已是一大發(fā)展方向，計(jì)算全息圖輸出系統(tǒng)將成為計(jì)算全息研究必不可少的輸出設(shè)備。 市場(chǎng)分析和經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)： 本系統(tǒng)是計(jì)算全息乃至全息顯示領(lǐng)域必不可少的輸出設(shè)備，本系統(tǒng)具有非常大的市場(chǎng)潛力。
同類課題研究水平概述
- 目前，國(guó)內(nèi)外被稱作全息打印系統(tǒng)的全息圖制作設(shè)備主要有如下三種類型： 一是蘇大研制的點(diǎn)陣全息圖制作系統(tǒng)，根據(jù)不同物點(diǎn)全息圖光柵條紋不同，通過(guò)計(jì)算機(jī)調(diào)整光柵參數(shù)，最后通過(guò)激光干涉形成點(diǎn)全息圖。 二是索尼的合成全息圖制作系統(tǒng)，利用數(shù)碼相機(jī)拍攝景物得體視圖像并輸入LCD，顯示的圖像依次通過(guò)柱透鏡成像到記錄平面，引入?yún)⒖脊飧缮嫘纬珊铣扇D。 三是芬蘭的KDT450-A全息圖輸出設(shè)備。其原理與上述系統(tǒng)類似。不同的是，本系統(tǒng)的光柵是由計(jì)算機(jī)控制LCD輸出圖像而得。其價(jià)格昂貴，目前國(guó)內(nèi)售價(jià)20多萬(wàn)歐元。 以上三種典型的全息打印系統(tǒng)原理都是利用了激光干涉原理，本質(zhì)上屬于激光全息過(guò)程，對(duì)系統(tǒng)的各方面性能以及操作與維護(hù)等要求都比較高。本系統(tǒng)克服了以上三類全息打印系統(tǒng)的問(wèn)題具有以下顯著特點(diǎn)。首先，全息圖的形成不是由激光的干涉生成，而是完全由計(jì)算機(jī)計(jì)算得到，這樣就不存在防震的問(wèn)題。其次，所顯示的三維物體數(shù)據(jù)是通過(guò)三維掃描儀獲得，可以得到連續(xù)的三維面型分布，在進(jìn)行真實(shí)的三維物體全息顯示時(shí)不存在跳躍和失真現(xiàn)象。再次，系統(tǒng)硬件成本低，維護(hù)相對(duì)簡(jiǎn)單。 本成果和現(xiàn)在市場(chǎng)出現(xiàn)的全息打印系統(tǒng)相比，有如下形式和本質(zhì)上的差異： 形式的區(qū)別：主要體現(xiàn)在全息圖的形成上，像素全息是逐點(diǎn)記錄信息，合成全息是逐幅記錄平面體視圖信息，本系統(tǒng)逐幅記錄的是局部全息圖，因而保留著全息圖固有的特性：局部全息圖仍能夠顯示物體的整體(菲涅耳全息圖)。 本質(zhì)的區(qū)別：通過(guò)計(jì)算全息模擬激光全息圖制作的過(guò)程，再結(jié)合計(jì)算機(jī)和先進(jìn)的光電技術(shù)，通過(guò)成像的方法將計(jì)算全息圖輸出。因而克服了激光全息圖拍攝所要求的苛刻條件。本系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)真實(shí)三維物體的全息顯示。 綜上所述，本系統(tǒng)的先進(jìn)性在于利用成像的方法輸出計(jì)算全息圖，尤其是能夠制作包括人像在內(nèi)的真實(shí)場(chǎng)景的全息圖。
