淺議光學(xué)式立體三維顯示技術(shù)

1、淺議光學(xué)式立體三維顯示技術(shù)數(shù)虎圖像經(jīng)過(guò)大量的立體視覺(jué)研究，發(fā)現(xiàn)：人們對(duì)客觀環(huán)境的感知總是通過(guò)視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)、嗅覺(jué)及味覺(jué)等自然地獲取的，對(duì)系統(tǒng)的控制亦應(yīng)自然地借助自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)，即利用性能先進(jìn)的傳感器對(duì)人體位置及力度進(jìn)行有效的探測(cè)。換句話說(shuō)，人們對(duì)客觀世界的感知方式有多種，借助視覺(jué)所能獲取的信息量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了通過(guò)聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)、嗅覺(jué)及味覺(jué)等其他方式所能獲取的信息量，而且視覺(jué)可產(chǎn)生客體景物的深度感，即提供客體景物的立體三維信息。臨場(chǎng)感是指觀看者似乎感到被顯示的畫(huà)面空間與觀看者所在的實(shí)際空間是在同一個(gè)空間內(nèi)。深度感可被視為依存于進(jìn)深方向的距離、前后關(guān)系反映于人眼視網(wǎng)膜而產(chǎn)生的心理暗示（cue）因素。立體感

2、則是如全息攝像所呈現(xiàn)出的立體三維空間物體的厚度與鼓起等心理暗示因素或表現(xiàn)平面二維圖像及繪畫(huà)所顯示出立體三維效果的心理暗示因素。立體感和深度感有時(shí)真的還很難截然分開(kāi)。立體三維顯示的臨場(chǎng)感是使人具有“身臨其境”逼真感之根本。為要逼真地模擬視覺(jué)功能，在很大程度上是依賴于立體三維顯示技術(shù)的圖像處理及理解能力，圖像處理的質(zhì)量愈高，圖像處理的速度愈快，圖像識(shí)別的能力愈強(qiáng)，系統(tǒng)的理解能力愈完善，系統(tǒng)的視覺(jué)臨場(chǎng)感便愈佳。視覺(jué)是提高臨場(chǎng)感的重要因素，但并非是唯一的因素。人們?cè)A(yù)言，聽(tīng)覺(jué)可能是立體三維顯示技術(shù)中最先達(dá)到逼真程度的領(lǐng)域，觸覺(jué)是一個(gè)剛起步研究與試驗(yàn)的領(lǐng)域，采用數(shù)據(jù)手套來(lái)提供觸覺(jué)反饋信息。這種由微處理器

3、和傳感器構(gòu)成的數(shù)據(jù)手套，與視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)相配合，極大地增強(qiáng)了立體三維顯示系統(tǒng)的臨場(chǎng)逼真感。而嗅覺(jué)與味覺(jué)還屬于一個(gè)尚未實(shí)質(zhì)性開(kāi)展研究的領(lǐng)域。故提高立體三維顯示系統(tǒng)的臨場(chǎng)感，尚需進(jìn)行大量艱苦的工作。人們對(duì)記錄和再現(xiàn)客觀世界的立體三維圖像顯示向往已久，除雕塑外，這方面一直缺乏行之有效的手段。印刷術(shù)及照相術(shù)的問(wèn)世使得視覺(jué)信息可借助價(jià)廉的大批量復(fù)制而廣為傳播，從而標(biāo)志著一個(gè)嶄新的信息時(shí)代的到來(lái)。但傳統(tǒng)的圖畫(huà)及照片僅能顯示出平面二維的圖像。如何利用平面二維記錄介質(zhì)來(lái)產(chǎn)生出三維信息即立體三維圖像，是現(xiàn)代科技的一個(gè)重要的研究課題。數(shù)虎圖像將光學(xué)式立體三維顯示技術(shù)大致可分為非全息顯示和全息顯示兩大類。圖1示出其分類

4、狀況，數(shù)虎圖像科技將對(duì)其逐一加以扼要的介紹。一、非全息顯示1、構(gòu)成圖像深度感的機(jī)理人體生理學(xué)的研究表明，人眼對(duì)客觀世界的深度感主要來(lái)自如下四種效應(yīng)：（1）調(diào)節(jié)效應(yīng)調(diào)節(jié)效應(yīng)是指人眼借助于纖毛體肌肉的拉伸來(lái)調(diào)節(jié)眼球晶狀體的焦距。顯然，即使用單眼觀看物體時(shí)，這種調(diào)節(jié)效應(yīng)也是存在的，故它屬于一種單眼深度感心理暗示。但這種心理暗示只有在與雙眼心理暗示共同配合下，且物體距人眼較近時(shí)才會(huì)起作用。（2）會(huì)聚效應(yīng)會(huì)聚效應(yīng)系指當(dāng)用雙眼觀看物體上的一點(diǎn)時(shí)，兩眼視軸所構(gòu)成的角度稱為會(huì)聚角。顯然，當(dāng)纖毛體肌肉的拉伸使眼球稍微轉(zhuǎn)向內(nèi)側(cè)，以便對(duì)著一點(diǎn)觀看時(shí)便能給出了一種深度感的心理暗示，這種雙眼心理暗示便稱為會(huì)聚效應(yīng)。通常

5、，調(diào)節(jié)效應(yīng)與會(huì)聚效應(yīng)相互關(guān)聯(lián)，會(huì)聚效應(yīng)亦僅在物距較近時(shí)才較為明顯。（3）雙眼視差人的雙眼具有一定的空間距離，瞳孔間距約為6.5，當(dāng)雙眼觀看同一立體三維物體時(shí)，雙眼是從略微不同的角度注視的，從而雙眼視象會(huì)稍有差異，這種差異稱為雙眼視差。對(duì)于中等視距的物體，人們公認(rèn)雙眼視差信息是深度感最重要的心理暗示。當(dāng)人眼觀看物體上的一點(diǎn)時(shí)，從該點(diǎn)發(fā)出的光便聚焦于雙眼視網(wǎng)膜的中心斑點(diǎn)。故可以說(shuō)，一雙眼內(nèi)的兩個(gè)中心斑點(diǎn)在視網(wǎng)膜上給出了“對(duì)應(yīng)位置”，從而依據(jù)“對(duì)應(yīng)位置”來(lái)確定會(huì)聚的大小。而來(lái)自注視點(diǎn)以外各點(diǎn)的光線并不總是聚焦在兩視網(wǎng)膜的對(duì)應(yīng)位置，這種效應(yīng)稱為雙眼視差效應(yīng)?，F(xiàn)代發(fā)展起來(lái)的各種由平面二維圖象產(chǎn)生出立體三

6、維圖象的技術(shù)也正是利用這一基本機(jī)理。（4）單眼移動(dòng)視差當(dāng)用單眼觀看物體時(shí)，若眼睛位置不動(dòng)，調(diào)節(jié)效應(yīng)便是對(duì)深度感的唯一心理暗示，若允許觀看位置移動(dòng)的話，便可利用雙眼視差這種效應(yīng)從各個(gè)方向來(lái)觀看物體，從而產(chǎn)生出深度感，這個(gè)效應(yīng)便稱為單眼移動(dòng)視差。顯然，單眼移動(dòng)視差對(duì)靜態(tài)物體就不起作用。綜上所述，人眼觀看一個(gè)全息再現(xiàn)圖象宛如觀看一個(gè)實(shí)際的三維物體一樣，上述四種效應(yīng)全部同時(shí)存在，故人眼處于自然觀看的狀態(tài)。而人眼觀看一個(gè)立體圖象時(shí)，僅僅存在雙眼視差這一效應(yīng)。盡管它是對(duì)物體深度感至關(guān)重要的一種生理學(xué)上的心理暗示，但因不是全部的心理暗示而使人眼處于一種不十分自然的緊張狀態(tài)。這種狀態(tài)在短時(shí)間內(nèi)觀看靜態(tài)的立體圖

7、象時(shí)并不明顯，但當(dāng)觀看立體電視時(shí)，由于人眼長(zhǎng)時(shí)間處于這種不十分自然的觀看狀態(tài)便會(huì)感到極不舒適及非常疲勞。 2、眼鏡式立體三維圖像（1）互補(bǔ)色立體三維圖像當(dāng)人們觀看兩個(gè)由互補(bǔ)色繪制成的體視對(duì)圖像時(shí)，需配戴上一副為互補(bǔ)色鏡片的眼鏡，如左眼借助紅色鏡片觀看到紅色的圖片，右眼通過(guò)藍(lán)色的鏡片觀看到藍(lán)色的圖片。由于每只眼睛僅能觀看到相應(yīng)色彩的圖片而觀看不到另一個(gè)的圖片，從而實(shí)現(xiàn)了雙像的分離；雙像在人的意識(shí)中的疊合則形成了立體感。該顯示方法的顯著優(yōu)點(diǎn)是其簡(jiǎn)易性，對(duì)視場(chǎng)和景深并無(wú)嚴(yán)格的限制。但這種不同色像的觀看與復(fù)合容易引起人眼的疲勞，而且還無(wú)法將其應(yīng)用于彩色的圖像。（2）偏振式立體三維圖像1938年，在紐約

8、舉行的世界博覽會(huì)上，展示出首座大型立體電影院，其機(jī)理即為偏振式立體三維圖像。該顯示方法的基本思路是用正交偏振的兩束光同時(shí)將一體視對(duì)圖像投影至同一屏幕上，同時(shí)讓觀看者配戴上用一對(duì)正交偏振片制成的眼鏡，即可實(shí)現(xiàn)雙像的分離。這種顯示方法可制成寬視域和大景深，成像質(zhì)量?jī)?yōu)異，畫(huà)面栩栩如生，且還可將其應(yīng)用于彩色的圖像，故在日后迅速發(fā)展的立體電視中得到了廣泛的應(yīng)用。迄今，它仍是實(shí)現(xiàn)大屏幕立體顯示最具實(shí)用價(jià)值和最便于普及推廣的一種立體三維顯示技術(shù)。（3）棱鏡式立體三維圖像近年來(lái)，有人提出利用棱鏡的色散作用實(shí)現(xiàn)立體三維彩色圖像。其機(jī)理如圖2所示。圖2中R，B分別表示一幅彩色圖像，R(Red)表示為紅色圖像，B(

9、Blue)則表示為藍(lán)色圖像。左右雙眼分別借助一枚棱鏡觀看物體時(shí)，因棱鏡對(duì)藍(lán)光的偏轉(zhuǎn)角較對(duì)紅光的大，故經(jīng)棱鏡折射后的表觀位置分別移至R和B，即藍(lán)色物象移至紅色物像的前方，從而使圖像產(chǎn)生出深度感；R和B的縱向距離則為物像的景深。顯然，若將圖2中兩枚棱鏡的方向反轉(zhuǎn)，將楔角向外，則可使R和B移至其真實(shí)位置R和B的后部，而 B位于R 的后方，即與原棱鏡方向相比，表觀像發(fā)生了深度的反轉(zhuǎn)。再進(jìn)一步的話，亦可將每一枚棱鏡換成一枚高折射率棱鏡與另一方向倒轉(zhuǎn)的低折射率棱鏡相組合，從而實(shí)現(xiàn)隨意調(diào)節(jié)物像的位置與深度之目的。（4）光柵式立體三維圖像最近提出了另一種需配戴眼鏡觀看并可將彩色圖像的色彩變化轉(zhuǎn)為呈現(xiàn)深度變化的

10、立體三維圖像，稱為光柵式立體三維圖像。其基本機(jī)理如圖3所示。圖3（a）中OB為藍(lán)色圓片，OR為圓片中心的一個(gè)紅色圓斑。觀看時(shí)左眼L和右眼R分別配戴鏡片GL和GR。GL為透明相位光柵，GR為普通透光膜片。通過(guò)GR的右眼視像中OR和OB的位置仍然重合；但由于光柵對(duì)紅光的色散角較對(duì)藍(lán)光的大，通過(guò)GL的左眼視像中OR的像OR已移至OB的像OB的右方。這樣，最終像的視覺(jué)效果等效于圖3（b）的狀況，即紅色的物體相對(duì)于藍(lán)色物體位置前移，從而產(chǎn)生出深度感。若用這種方法觀看一幅紅綠藍(lán)三基色平面圖片，則會(huì)觀看到紅色物體距離人眼最近、綠色物體居中、藍(lán)色物體距人眼最遠(yuǎn)。該顯示方法可應(yīng)用于大屏幕（屏幕對(duì)角線1m以上）及

11、景深較大的顯示。但光柵通常具有多個(gè)折射級(jí)，雖可采用一些特殊的技術(shù)使某一級(jí)折射光光強(qiáng)達(dá)到最強(qiáng)，但其他級(jí)的折射光干擾通常不易被全部消除。（a）藍(lán)色和紅色物體的真實(shí)及表觀位置GL左眼鏡片：光柵；GR右眼鏡片：中性衰減片OB，OR藍(lán)色、紅色物體真實(shí)位置及右眼視像；OB，OR藍(lán)色、紅色物體表觀位置及左眼視像（b）等效的觀看狀況3.非眼鏡式立體三維圖像（1）視差擋板式立體三維圖像視差擋板式立體三維圖像的基本機(jī)理如圖4所示。平面A上交替地排列著分為細(xì)條的左眼視像（白色部分）和右眼視像（黑色部分），在雙眼L，R和平面A間置放一狹縫擋板B，使得左眼L僅能觀看到左眼視像，右眼R僅能觀看到右眼視像。記錄圖片A時(shí)可用

12、單部相機(jī)法，亦可用多部相機(jī)法。單部相機(jī)法中或采用大孔徑鏡頭（直徑大于瞳距）一次曝光，或讓相機(jī)在兩次曝光間位置水平移動(dòng)，上述兩種工作方式中，照相底片前皆置放狹縫板。多部相機(jī)法中先用多部相機(jī)從不同的角度拍攝同一物體的視像，然后讓其在相應(yīng)的位置上同時(shí)將各自的視像投射至前面有狹縫板的照相底板上。后者還可發(fā)展成投影式顯示屏。盡管視差擋板式立體三維圖像目前仍存在一些明顯的缺陷，如擋板的使用會(huì)降低圖像的亮度并產(chǎn)生衍射效應(yīng)等，但數(shù)虎圖像科技有關(guān)該項(xiàng)技術(shù)的研究及改進(jìn)仍一直在進(jìn)行之中。最近日本Sanyo公司制成的4英寸、6英寸及10英寸液晶彩色立體電視中便采用了該項(xiàng)技術(shù)。(2)微透鏡陣列式立體三維圖像20世紀(jì)60

13、年代后，利用微透鏡陣列記錄三維物體的空間像又重新倍受人們的重視。該顯示方法亦稱集成照相術(shù)（IP）。其記錄方式如圖5所示。圖5中 O表示三維物體，A為蠅眼透鏡屏，即在一塊玻璃或塑料屏面上制出數(shù)量巨大（如一萬(wàn)個(gè)）的二維微凸透鏡陣列。照相膠片置于A的后焦面上?？梢钥闯?，各微凸透鏡分別從不同的角度將物體O成像于B平面上。假如將顯影后的膠片B置于原位，并從B的右側(cè)照射B，則原物位置O處將再現(xiàn)該物體的立體三維圖像。（3）柱狀透鏡屏式立體三維圖像柱狀透鏡屏式立體三維圖像可視為微透鏡陣列式立體三維圖象的一種簡(jiǎn)化，即將微透鏡陣列用一系列豎條形柱狀透鏡替代。這樣雖影響了垂直視差，但制造工藝得到簡(jiǎn)化。該顯示方法的基

14、本機(jī)理如圖6所示。圖6中（a）表示拍攝過(guò)程，這里用兩部相機(jī)拍攝物體不同角度的視像；圖6(b)中，分別用兩部放映機(jī)從不同角度將相應(yīng)的圖像投射至裝有柱狀透鏡屏的感光屏上；圖6(c)表示觀看過(guò)程。顯影后的圖片置于原位。由于柱狀透鏡的折射作用，使得左、右眼分別僅能觀看到A，B放映機(jī)的相應(yīng)圖像，從而產(chǎn)生出立體感。20世紀(jì)60年代后，隨著精密加工、塑料材料、照相及印刷工藝等技術(shù)的發(fā)展，使得柱狀透鏡屏式立體三維圖像技術(shù)達(dá)到實(shí)用化程度。此種立體三維圖像對(duì)屏面大小并無(wú)限制，畫(huà)面明亮，觀看簡(jiǎn)便，但對(duì)屏面與柱狀透鏡的配準(zhǔn)位置要求較高，圖像的清晰度亦受到柱狀透鏡屏密度的限制。除偏振式立體三維圖像外，柱狀透鏡屏式立體三

15、維圖像是目前非全息光學(xué)式立體三維顯示中一種頗為有效的方法，近年來(lái)倍受眾多研究者的重視，而且在立體電視等方面得到了廣泛的應(yīng)用。如1995年，日本Sanyo公司推出的40英寸立體三維投影系統(tǒng)便采用了經(jīng)改進(jìn)過(guò)的雙柱鏡屏技術(shù)，其機(jī)理如圖7所示。投影機(jī)A和B分別將左、右眼視像投射至雙柱鏡屏上。由于雙柱鏡屏的作用，使得兩種視像分別到達(dá)人的左眼L和右眼R。此種立體三維投影系統(tǒng)的圖像達(dá)到頗為清晰及自然逼真的程度。（4）自動(dòng)式立體三維圖像自動(dòng)式立體三維圖像包括隨機(jī)點(diǎn)（Random-dot）立體三維圖像及計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的立體三維圖像，它是由眾多在水平方向上重復(fù)周期稍有差異或視角略有變化的基元圖像在該方向上重復(fù)排列而形

16、成的。這種由水平方向的周期性產(chǎn)生深度感的現(xiàn)象稱為“壁紙效應(yīng)”(Wallpaper effect)，即注視周期性排列的壁紙圖案時(shí)會(huì)出現(xiàn)圖像“沉入”或“浮出”“自動(dòng)式立體三維圖像” (Autostereo image)。近年來(lái)在國(guó)內(nèi)外頗為流行并被稱為“畫(huà)中畫(huà)”和“魔畫(huà)”等。自動(dòng)式立體三維圖像作為一種藝術(shù)品繞有趣味。但它離不開(kāi)水平方向重復(fù)排列的周期性背景，難以實(shí)現(xiàn)純凈無(wú)背景的立體三維圖像畫(huà)面。另外，注視這種畫(huà)面直至產(chǎn)生出立體感的“響應(yīng)時(shí)間”對(duì)不少人而言也顯得相當(dāng)長(zhǎng)（可達(dá)數(shù)分鐘或更長(zhǎng)的時(shí)間），使其難以用于動(dòng)態(tài)畫(huà)面的顯示。二、全息顯示全息顯示技術(shù)的問(wèn)世給真正的立體三維電視帶來(lái)了希望之光。全息電視與立體電

17、視相比，其優(yōu)越之處不僅僅在于立體三維圖像更接近于物體自身，而且還要從人眼對(duì)物體深度感在生理上的心理暗示來(lái)加以考慮。數(shù)虎圖像科技亦對(duì)全息技術(shù)有所研究，及亦有全息展示解決方案運(yùn)用。1、全息顯示的基本機(jī)理全息學(xué)（Holography）自20世紀(jì)60年代激光器問(wèn)世后得到了迅速的發(fā)展。其基本機(jī)理是利用光波干涉法同時(shí)記錄物光波的振幅與相位。由于全息再現(xiàn)象光波保留了原有物光波的全部振幅與相位的信息，故再現(xiàn)象與原物有著完全相同的三維特性。換句話說(shuō)，人們觀看全息像時(shí)會(huì)得到與觀看原物時(shí)完全相同的視覺(jué)效果，其中包括各種位置視差，這即是全息三維顯示的理論依據(jù)。從這種意義上來(lái)說(shuō)，全息才是真正的三維圖像，而上述的各種由體

18、視對(duì)合成的圖像充其量?jī)H是準(zhǔn)三維圖像（并無(wú)垂直視差的感覺(jué)）。20世紀(jì)80年代后，激光全息技術(shù)的迅速發(fā)展，成為一種異軍突起的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)。在激光全息技術(shù)中，全息顯示技術(shù)由于更接近于人們的日常生活而倍受關(guān)注。它不僅可制出惟妙惟肖的立體三維圖片美化人們的生活，還可將其用于證券、商品防偽、商品廣告、促銷、藝術(shù)圖片、展覽、圖書(shū)插圖與美術(shù)裝潢、包裝、室內(nèi)裝潢、醫(yī)學(xué)、*刑偵、物證照相與鑒別、建筑三維成像、科研、教學(xué)、信息交流、人像三維攝影及三維立體影視等眾多領(lǐng)域，近年來(lái)還發(fā)展成為寬幅全息包裝材料而得到了廣泛的應(yīng)用。由于白光再現(xiàn)全息技術(shù)可在白晝自然環(huán)境中或在普通白光照射條件下觀看物體的三維圖像，數(shù)虎圖像一直研究

19、全息技術(shù)的最新發(fā)展及運(yùn)用，期待自身的努力使得全息顯示技術(shù)得到了迅速的發(fā)展。2、主要的全息顯示（1）透射式全息顯示圖像透射式全息顯示圖像屬于一種最基本的全息顯示圖像。記錄時(shí)利用相干光照射物體，物體表面的反射光和散射光到達(dá)記錄干板后形成物光波；同時(shí)引入另一束參考光波（平面光波或球面光波）照射記錄干板。對(duì)記錄干板曝光后便可獲得干涉圖形，即全息顯示圖像。再現(xiàn)時(shí)，利用與參考光波相同的光波照射記錄干板，人眼在透射光中觀看全息板，便可在板后原物處觀看到與原物完全相同的再現(xiàn)像，此時(shí)該像屬于虛像。假如利用與參考光波的共軛光波相同的光波照射記錄干板，即從記錄干板右方射向記錄干板而會(huì)聚一點(diǎn)的球面光波，則經(jīng)記錄干板衍

20、射后會(huì)聚而形成原物的實(shí)像。透射式全息顯示圖像清晰逼真，景深較大（僅受光波相干長(zhǎng)度的限制），觀看效果頗佳。但為確保光的相干性，需用激光記錄與再現(xiàn)。采用激光也會(huì)帶來(lái)其特有的散斑效應(yīng)的弊病，即再現(xiàn)像面上附有微小而隨機(jī)分布的顆粒狀結(jié)構(gòu)。（2）反射式全息顯示圖像為克服透射式全息顯示圖像無(wú)法利用普通白光（非相干光）再現(xiàn)的缺陷，人們又發(fā)展了反射式全息顯示圖像。將物體置于全息板的右側(cè)，相干點(diǎn)光源從左方照射全息板。將直接照射至全息板平面上的光作為參考光；而將透過(guò)全息板（未經(jīng)處理過(guò)的全息板是透明的）的光射向物體，再由物體反射回全息板的光作為物光，兩束光干涉后便形成全息顯示圖像。由于記錄時(shí)物光與參考光分別從全息板兩

21、側(cè)入射，故全息板上的干涉條紋層大致與全息板平面平行。再現(xiàn)時(shí)，利用光源從左方照射全息板，全息板中的各條紋層宛如鏡面一樣對(duì)再現(xiàn)光產(chǎn)生出反射，在反射光中觀看全息板便可在原物處觀看到再現(xiàn)的圖像。制作反射式全息顯示圖像時(shí)，通常采用較普通透射式全息顯示圖像更厚的記錄介質(zhì)（厚約15m的感光乳膠層）。因干涉條紋層基本上與全息板平面平行，介質(zhì)層內(nèi)形成多層干涉條紋層，即反射層，故全息板的衍射相當(dāng)于三維光柵的衍射，必須滿足布拉格（Bragg）衍射條件，即僅有某些具有特定波長(zhǎng)及角度的光才能形成極大的衍射角。由于具有這種選擇性，反射式全息顯示圖象便可用普通白光擴(kuò)展光源再現(xiàn)。這是其一大優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)亦消除了激光的散斑效應(yīng)。近

22、年來(lái)，該類全息顯示圖像已廣泛應(yīng)用于小型裝飾物的三維顯示，并已實(shí)現(xiàn)商品化，市面上將其稱為“激光寶石”。反射式全息顯示圖象還可用作壁掛式顯示，但制作屏幕較大的反射式全息顯示圖像技術(shù)難度較大；另一缺陷是其景深不太大，距記錄介質(zhì)平面較遠(yuǎn)處的圖像有點(diǎn)模糊不清。(3) 像面式全息顯示圖像根據(jù)全息學(xué)的理論，對(duì)于普通透射式全息顯示圖像而言，當(dāng)再現(xiàn)光波長(zhǎng)與記錄時(shí)的光波長(zhǎng)不同，或再現(xiàn)光源為非理想點(diǎn)光源而有一定的空間擴(kuò)展時(shí)，再現(xiàn)像點(diǎn)將會(huì)發(fā)生彌散而變得模糊，由上述兩種因素造成的像點(diǎn)模糊量皆與象點(diǎn)和全息板的距離成正比。因此，假如記錄時(shí)讓物點(diǎn)落在全息板上或很靠近于全息板，則用普通白光擴(kuò)展光源再現(xiàn)時(shí)，像點(diǎn)的模糊量仍小至可接

23、受的程度。因?qū)嶋H物體難以直接“嵌入”全息板，故人們采用將物體通過(guò)透鏡成像于全息板的附近，同時(shí)引入?yún)⒖脊獠ㄅc其干涉的辦法來(lái)記錄全息顯示圖像，這樣記錄的全息顯示圖像稱為像面全息顯示圖像，它可用普通白光擴(kuò)展光源再現(xiàn)。顯然，這種全息顯示圖像的景深也是有限的，距全息板平面愈遠(yuǎn)的像點(diǎn)愈模糊不清。（4）彩虹式全息顯示圖象20世紀(jì)70年代末，一種新型全息顯示圖像即彩虹式全息顯示圖像（Rainbow Hologram）問(wèn)世，它可采用白光再現(xiàn)，圖像清晰明亮，尤其適用于立體三維顯示，倍受人們的重視。彩虹式全息顯示圖像是采用激光記錄全息顯示圖像，用白光照射再現(xiàn)單色圖像的一種全息顯示技術(shù)。其基本特點(diǎn)是在記錄系統(tǒng)中適當(dāng)?shù)?/p>

24、位置加入一個(gè)狹縫，其作用是限制再現(xiàn)光波，以降低圖像的色模糊，從而實(shí)現(xiàn)白光再現(xiàn)單色圖像。有人曾系統(tǒng)地分析過(guò)彩虹式全息顯示圖像的成像過(guò)程。其基本記錄方式以一步法為例，物體通過(guò)透鏡成像于全息板附近，同時(shí)光路中設(shè)置一個(gè)狹縫來(lái)限制成像光的孔徑。利用白光點(diǎn)光源以共軛方式照射全息板，便會(huì)同時(shí)再現(xiàn)物像與縫隙的實(shí)像。由于全息顯示圖像的基本作用相當(dāng)于光柵，在白光照射下具有色散的作用，故不同顏色的狹縫像分布于不同的方位。當(dāng)人眼從縫隙像左方觀看全息板時(shí)，通過(guò)不同顏色的縫隙像便可觀看到該種顏色的物像。當(dāng)人眼上下移動(dòng)時(shí)，物象會(huì)產(chǎn)生出宛如彩虹一樣的顏色變化，這也是此種全息顯示圖像名稱的由來(lái)。彩虹式全息顯示圖像技術(shù)的問(wèn)世給全

25、息顯示注入了新的活力，眾多研究者對(duì)其進(jìn)行了不斷的改進(jìn)與發(fā)展，并在眾多領(lǐng)域得到了應(yīng)用。如將記錄時(shí)的單縫變?yōu)槎嗫p，可使同一角度觀看的再現(xiàn)像具有與實(shí)物一樣的彩色，或?qū)诎讏D像進(jìn)行假彩色編碼。因人們對(duì)色彩的分辨能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)對(duì)灰度級(jí)的分辨能力，此種假彩色化法可極大提高對(duì)圖像的判讀能力。近年來(lái)還提出并實(shí)現(xiàn)了新型的雙孔徑彩虹式全息顯示圖像和大角度環(huán)形孔徑彩虹式全息顯示圖像。前一種可在普通白光擴(kuò)展光源下，將再現(xiàn)象的分辨率大大提高，并能由一體視對(duì)平面圖像合成無(wú)需配戴眼鏡觀看的立體三維圖像。后一種則將單縫孔徑變?yōu)榇笾睆降沫h(huán)形孔徑，從而可實(shí)現(xiàn)360°環(huán)視的再現(xiàn)像，即在白光照射下，可繞全息板轉(zhuǎn)一周以觀看物體

26、所有側(cè)面的再現(xiàn)像。數(shù)虎圖像亦有360°環(huán)視全息演示系統(tǒng)，有興趣請(qǐng)致電深圳數(shù)虎圖像科技有限公司。（5）合成式全息顯示圖像合成式全息顯示圖像是指將一系列由普通拍攝物體的二維底片借助全息方法記錄在一塊全息軟片（或干板）上，再現(xiàn)時(shí)實(shí)現(xiàn)原物體的準(zhǔn)立體三維顯示的一種技術(shù)。實(shí)現(xiàn)再現(xiàn)物體360°環(huán)視像的另一種有效方法便是合成式全息顯示圖像。它可制成圓筒式，亦可制成平面式。這里以旋轉(zhuǎn)物體為例說(shuō)明合成式全息顯示圖像的制作技術(shù)。顯然，假若將物體變?yōu)閷?shí)際場(chǎng)景，則可制作立體電視；假若將轉(zhuǎn)動(dòng)物體變?yōu)橐幌盗羞B續(xù)變化的二維圖片，則可制成活動(dòng)的動(dòng)畫(huà)。這種合成式全息顯示圖像實(shí)際上是彩虹式全息顯示圖像與合成技術(shù)

27、的有機(jī)結(jié)合。利用這種方法在平面全息板上再現(xiàn)環(huán)視或立體活動(dòng)圖像，是極其誘人的。其缺陷是記錄過(guò)程較為復(fù)雜，但隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展與普及，這一缺陷已不再成為嚴(yán)重的問(wèn)題。近年來(lái)，研制出一套由計(jì)算機(jī)控制的合成式全息顯示圖像自動(dòng)記錄系統(tǒng)，并成功地由它制出像質(zhì)頗佳的360°環(huán)視合成式全息顯示圖像。在合成式全息顯示技術(shù)中，有一種可顯示被拍攝物體動(dòng)態(tài)過(guò)程的角度多路合成式全息顯示技術(shù)，它是一種電影拍攝與全息拍攝完美結(jié)合的技術(shù)。它使用電影攝影機(jī)進(jìn)行第一步記錄，再在激光照射下用“全自動(dòng)合成全息拍攝系統(tǒng)”將記錄的二維電影片制成全息顯示圖像，它是一種實(shí)現(xiàn)了白光記錄和白光再現(xiàn)被記錄物動(dòng)態(tài)過(guò)程的高層次全息顯示技術(shù)。

28、縱向多路合成的全息顯示圖像，由于采用了不同角度的視像進(jìn)行合成，故稱為角度多路合成式全息顯示圖像。它是一項(xiàng)集電影特技攝影、激光全息、光機(jī)電一體化、微機(jī)控制及納米感光材料等高新技術(shù)于一體的最新技術(shù)。還有另一類縱向多路合成的全息顯示圖像，它是由對(duì)客體不同深度的一系列平面層拍攝的底片合成的。如醫(yī)學(xué)中用X射線斷層攝影（CT）或超聲波斷層攝影，可得到垂直于人體軸線方向的一系列平面圖片。利用全息顯示技術(shù)將其按原順序、原間隔制成合成式全息顯示圖象，再現(xiàn)時(shí)則可觀看到一系列縱向平行排列的透明平面圖像。當(dāng)這些像的縱向間隔小到一定程度時(shí)，觀看者便如同觀看原物的透明立體三維圖像一樣。縱向多路合成的全息圖像亦可利用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行制作。角度多路合成式全息顯示技術(shù)具有發(fā)展前景的潛力。它可將計(jì)算機(jī)圖像信息處理、光學(xué)圖像信息處理、納米感光化學(xué)信息處理、影視技術(shù)多年來(lái)積累的視覺(jué)心理學(xué)及生理學(xué)深度感等方面的經(jīng)驗(yàn)融合一體，對(duì)采集的圖像信息進(jìn)行處理，從而獲得優(yōu)質(zhì)的三維空間立體影像。觀看這種角度多路合成式全息顯示立體影象時(shí)，無(wú)需配戴眼鏡等附加裝置。它是目前記錄并顯示伴有活動(dòng)圖象的三維立體影像的最佳方法。隨著液晶顯示技術(shù)及納米級(jí)實(shí)時(shí)記錄介質(zhì)材料的研制開(kāi)發(fā)，角度多路合成式全息顯示技術(shù)將會(huì)發(fā)展成為新一代具有可持續(xù)發(fā)展的科研項(xiàng)目及值得巨大投入的研