專利名稱：全息影像的合成系統的制作方法
技術領域：
本實用新型有關于一種全息片的合成系統，特別是有關于一種光學全息片的合成系統。
背景技術：
現有的光學全息片，利用一道同調光照射物體，物體面上的反射光或直接穿透光即物光會射向感光平板，然后再利用此束同調光的另一部分作為參考光投射在感光平板上，由于物光及參考光是來自同一束同調光，所以會在感光平板上形成干涉(Interference),形成許多明暗的干涉條紋,感光平板會把這些圖加以記錄而形成一張全息片，其中干涉花樣的形狀所代表的意義為物光與參考光之間的相位關系，而其明暗對比程度，則反映了光束的強度關系。·現有圓盤型復合全息術的光學拍攝系統中，包含了一圓柱透鏡，因此每次拍攝制作出的全息片是一狹長扇形的小全息片。當觀察者觀看重建影像時，整個影像是透過許多小全息片所重建的部分影像組合而成，故不可避免地會產生影像變形。又，重建的影像會有一條條的暗紋重疊在其上，即所謂的“柵欄效應”。又，現有所謂的成像面圓盤型復合全息術不同于圓盤型復合全息術之處，在于它以簡單的光學系統，去除了圓柱透鏡，將物體影像以重復曝光的方式，成像于一張全息底片面上。但底片受到重復曝光，其可能導致重建的影像亮度不足，造成全息影像的可觀性不佳，且無法制作出較大尺寸的重建影像。因此，有必要對于底片重復曝光所造成的問題提出解決的方法。

實用新型內容本實用新型要解決的技術問題之一在于，針對現有技術存在的上述不足，提供一種全息影像的合成系統，可形成帶有目標物體的影像信息的參考光，以減少參考光于底片與物光產生不必要的干涉條紋，進而減少底片上重復曝光的次數，以提高重建影像的亮度，并可應用于制作大尺寸的全息片。本實用新型要解決的技術問題之一在于，針對現有技術存在的上述不足，提供一種全息影像的合成系統，可形成帶有目標物體的影像信息的參考光，并配合利用半圓柱鏡設置于物光到達底片前的光路徑上，以減少物光于底片與參考光產生不必要的干涉條紋，進而減少底片上重復曝光的次數，以提高重建影像的亮度，并可應用于制作大尺寸的全息片。本實用新型要解決的技術問題之一在于，針對現有技術存在的上述不足，提供一種全息影像的合成系統，可形成帶有目標物體的影像信息的參考光，并配合利用影像抽離的方式，使得目標物體的兩幀影像的像素值減少且互補，減少物光于底片與參考光產生不必要的干涉條紋，進而減少底片上重復曝光的次數，以提高重建影像的亮度，并可應用于制作大尺寸的全息片。[0008]本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是提供一種全息影像的合成系統，其包括提供一同調光束的發光單兀；將該同調光束分為一參考光束以及一物光光束的分光單元；參考光單元；影像產生單元；物光單元以及底片。該參考光單元包括影像產生器，該影像產生器接收該參考光束以輸出帶有一目標物體的影像信息的一參考光光波。該影像產生單元提供該目標物體的至少一影像。該物光單元將該物光光束引導至該影像產生單元以產生一物光光波。該參考光光波以及該物光光波入射該底片上以產生多條干涉條紋。較佳地,該發光單兀包括氣體激光發射器、二氧化碳激光發射器、液態激光發射器、固態激光發射器或半導體激光發射器。較佳地，該同調光束包括一可見光光束或一不可見光光束。較佳地，該分光單元包括光束分離鏡。 較佳地，該影像產生單元包括可處理影像的電子裝置，該可處理影像的電子裝置將該影像分色處理以輸出一第一單色成分像以及一第二單色成分像，該第一單色成分像的一第一單色異于該第二單色成分像的一第二單色。又，該物光單元包括角度調整元件，該角度調整元件調整帶有該第一單色成分像或該第二單色成分像的該物光光波與該參考光光波之間的夾角度，使得在該參考光光波的入射角固定的條件下，對應該第一單色成分像的該物光光波的該夾角度異于對應該第二單色成分像的該物光光波的該夾角度。較佳地，該物光單元包括具有一半圓柱鏡的物光成像系統，該物光光波通過該半圓柱鏡后入射該底片，且該底片設置于該物光成像系統的一焦平面距離附近的一景深范圍中但不包括該焦平面距離上。較佳地，該影像產生單元以一擷取像素的設定擷取該目標物體的一第一影像以及一第二影像，并且以一投影像素的設定處理該第一影像以及該第二影像后由該物光光束投射以產生該物光光波，其中該投影像素的像素值少于該擷取像素的像素值。又，基于該投影像素的該第一影像的該影像信息互補于基于該投影像素的該第二影像的一影像信息。較佳地，該底片為平面狀、圓盤狀、圓柱狀或圓錐狀。較佳地，該影像包括該目標物體的多幀影像，該些幀影像由從不同擷取視角擷取該目標物體得到。本實用新型全息影像的合成系統通過形成帶有目標物體的影像信息的參考光，以減少參考光于底片與物光產生不必要的干涉條紋，進而減少底片上重復曝光的次數，以提高重建影像的亮度，并可應用于制作大尺寸的全息片。此外，本實用新型全息影像的合成系統在形成帶有目標物體的影像信息的參考光的同時，還可選擇配合利用半圓柱鏡設置于物光到達底片前的光路徑上和/或利用影像抽離的方式使得目標物體的兩幀影像的像素值減少且互補等方式，進一步地減少參考光于底片與物光產生不必要的干涉條紋，進而減少底片上重復曝光的次數，以提高重建影像的亮度。

圖I為本實用新型的一第一實施例的系統示意圖。圖2為本實用新型的一第二實施例的系統示意圖。圖3為本實用新型的一第二實施例的物光單元與底片設置距離的示意圖。圖4為本實用新型的一第二實施例的底片第一曝光示意圖。[0022]圖5為本實用新型的一投影影像示意圖。圖6為本實用新型的一底片第二曝光示意圖。圖7為本實用新型的一第三實施例的系統示意圖。
具體實施方式
本實用新型以下所稱的全息影像的合成系統，可以應用于不同成像原理的全息合成系統，例如彩虹全息片、反射式全息片、多視角全息片、真彩全息片或是積成式全息片等等。雖然以下所列的圖式中為特定的全息合成系統，然此僅用以說明本實用新型的技術，并非用以限定本實用新型的應用范圍。本實用新型以下所稱的參考光角度，是指參考光與底片法線的夾角，當底片為一平面時，法線為單一，但當底片卷成圓柱狀或圓錐狀時，法線則有多條，然本實用新型不限 于此，亦可采用參考光與底片切面的夾角作為定義，于本實用新型中，參考光角度為一固定的角度。圖I為本實用新型的一較佳實施例的系統示意圖。參照圖1，全息影像的合成系統2包括一發光單元10、分光單元12、參考光單元14、影像產生單元16、物光單元18以及一底片20。發光單元10用以提供一同調光束101，可提供同調光束101者，例如各種激光發射器，其中激光若以介質來看，可以是氣體激光(如氦氖激光)、二氧化碳激光、液態激光、固態激光或是半導體激光等。又，以波長來看，可以是可見光或不可見光激光。分光單元12接收發光單元10提供的同調光束101，并將該同調光束101分為一參考光束121以及一物光光束123。分光單元12可以包括一光束分離鏡(Beam Splitter, BS)122，亦更可由多個光學元件組成，例如反射鏡124設置于適當的位置導引同調光束101，其作用皆在于將同調光束101分成參考光束121以及物光光束123。參考光單兀14接收分光單兀12的參考光束121,并基于參考光束121輸出一參考光光波141。于一實施例中，參考光單元14可以包括一空間濾波器(Space Filter, SF)142以去除空間噪聲對于參考光束121的干擾，例如由共焦點凸透鏡組與針孔所組成，但本實用新型不限于此。其次，參考光單元14更包括一影像產生器148，將參考光束121由光學元件146’引導入射影像產生器148后形成帶有目標影像信息并經過透鏡組144的參考光光波141，如此可減少對應目標影像外的區域的參考光光波141入射至底片20上，進而減少不必要的干涉條紋的產生以及重復曝光的次數。參考光單兀14亦可包括其它的光學兀件以引導或優化參考光束121以輸出一參考光光波141，例如包括焦距不等的透鏡144等等。參考光單元14亦可以包括可調變光的部件，例如調變振幅、相位或角度的部件。參考光單元14處理參考光束121后輸出一參考光光波141，并且調整參考光光波141入射至一底片20的角度，使得參考光光波141以一參考光角度入射底片20。影像產生單元16提供至少一影像。于本實用新型中，一影像可以為被記錄的一目標物體162的單一角度的影像或多角度的多幀影像。其次，目標物體162可以是單色或多色或具有灰階。于一實施例中，影像產生單元16包括一攝像元件164、一可處理影像的電子裝置166以及一顯像器168。攝像元件164，例如CXD攝影機，擷取一目標物體162的單一角度的影像或多角度的多幀影像，其中攝像元件164或是目標物體162可被移動調整，藉以擷取所需的角度的影像。可處理影像的電子裝置166，例如一電腦，接收攝像元件164擷取的影像161，并進行影像處理。其次，此實施例中，由于參考光單元14設置影像產生器148以產生帶有目標影像信息的參考光光波141，因此，攝像元件164擷取的影像161亦可與影像產生器148連接，或是可處理影像的電子裝置166將影像161進行完影像處理后再傳送至參考光單元14的影像產生器148。再者，顯像器168，例如一液晶屏幕，可以顯示可處理影像的電子裝置166處理后的影像163。接著，物光單元18將來自分光單元12的物光光束123引導至影像產生單元16以產生一物光光波181。于本實用新型中，物光單元18包括若干光學元件，舉例但不限于的， 透鏡182或反射鏡184，將物光光束123引導至影像產生單元16的顯像器168以輸出成像成物光光波181。接著，參考光光波141與物光光波181入射底片20以于底片20上形成多條干涉條紋。依據上述，帶有影像信息的參考光光波141可減少底片重復曝光的次數，可以提高重建全息影像的亮度。圖2為本實用新型的一第二實施例的系統示意圖。與第一實施例的差異，在于全息影像的合成系統4的物光單元18’包括一半圓柱鏡186與匹配的透鏡組182，形成適當的物光成像系統。請同時參考圖3，所謂的物光單元181包括適當的物光成像系統，即焦平面位于適當的距離內，于圖上以距離半圓柱鏡186的中心為dl表示，但本實用新型的底片20并不設置于物光成像系統的焦平面距離dl上來產生干涉。本實用新型的底片20是設置于鄰近焦平面的一離焦距離d2或d3的位置，亦可謂此物光成像系統的一景深(depth offield)范圍(介于d2與d3之間)內。當底片20設置于此離焦距離上時，物光光波與參考光光波形成的干涉條紋仍可重建出人眼可辨識的全息影像。參考圖4，本實用新型的物光單元采用半圓柱鏡186與匹配的透鏡組182形成適當的物光成像系統，當將底片20置于物光成像系統的景深范圍中但不包括焦平面的距離上，于底片上曝光的范圍分別為曝光干涉區域163a、163b。要說明的是，曝光干涉區域163a、163b分別為一目標物體的不同視角的第一影像以及第二影像，其可以經過前述的影像抽離處理或是沒有經過影像抽離處理。然透過本實用新型的半圓柱鏡186與匹配的透鏡組182所形成的物光成像系統后，入射至底片20的物光光波的曝光干涉區域163a、163b小于未設置半圓柱鏡或圓柱透鏡的現有系統，因此可以減少底片被重復曝光的次數，進而得到亮度較高的重建影像。除了減少底片被重復曝光的次數，本實用新型更優于現有系統者，在于將底片設置于景深范圍，可以消除柵欄效應，使得底片上所記錄的干涉條紋能夠重建出人眼可辨識的清晰影像。又，第一實施例、第二實施例或是后述的全息影像的合成系統的影像產生單元16的可處理影像的電子裝置166采用的影像處理說明如后。參考圖5，在影像包括多幀不同角度的影像的情形下，每幀影像于擷取后具有相同的二維像素數組(擷取像素)。本實用新型采取減少影像的像素的方式來減少將來底片被重復曝光的次數，例如影像抽離像素的方式。舉例來說，攝像元件以一擷取像素10*10的設定擷取目標物體162的前后三幀影像，每幀影像經過影像抽離處理后成為影像163，依照攝像順序，影像163為第一幀處理過的影像1631時，僅保留投影像素16311、16312 ;影像163為第二幀處理過的影像1632時，僅保留投影像素16321、16322 ;影像163為第三幀處理過的影像1633時，僅保留投影像素16331、16332。上述投影像素16311、16312、16321、16322、16331,16332為互補的影像信息以建構目標物體162的完整多視角影像。故每幀影像163(1631、1632、1633)經過影像抽離處理后的投影像素的像素值少于擷取像素的像素值，但每幀影像都有目標物體162的全部輪廓。是以，本實用新型采用規則的方式減少像素數量并兼顧互補影像信息，其中每幀影像需保留多少數量的投影像素則可視設計所需。依據上述，實際上，一方面，影像抽離像素的處理并不會造成重建后的影像會有明顯的不連貫情形，另一方面，每幀影像減少像素，可減少后續底片重復曝光的次數，因此可以避免許多傳統全息片因曝光次數過多而無法呈現其效果或是尺寸過小與亮度不夠的缺點。參考圖6，底片20上，對應影像1631的物光光波181入射底片20與參考光光波·141產生干涉的區域為曝光干涉區域16311’、16312’，其中曝光干涉區域16311’為記錄投影像素16311的影像信息，曝光干涉區域16312’為記錄投影像素16312的影像信息。由于物光光波181經過影像抽離處理，因此在記錄影像1631時，曝光干涉區域16311’、16312’以外的區域并不產生干涉。同理，對應影像1632的物光光波181，其產生干涉的區域為曝光干涉區域16321’、16322’;對應影像1633的物光光波181，其產生干涉的區域為曝光干涉區域16331’、16332’。因此，上述方法可減少無投影像素的位置的重復曝光次數。要說明的是，本實用新型的半圓柱鏡186的設置或是影像抽離的方式，皆可減少底片的重復曝光的次數，對于單幀影像或是數量較少幀的影像，可以采用半圓柱鏡186的設置或是影像抽離的方式，對于多幀影像者，可同時應用此兩種方式于系統中，以得到亮度較高且清晰的重建影像。在應用影像抽離處理影像以及半圓柱鏡減少底片的重復曝光的優點下，甚至可以將影像記錄于底片20上特定的位置，例如當底片20為一圓盤狀底片時，將影像記錄于特定的圓盤半徑上，則于不同的半徑上可包括其它的目標物體的影像，如此可產生分軌道的影像，即重建影像時，可觀察到不同的軌道所記錄下來的目標影像，使得重建的影像更多變化。舉例來說，傳統拍攝下制作全息片，因考慮底片的重復曝光造成繞射效率不佳，因此僅能制作較小尺寸目標物體的全息片，但應用本實用新型的影像抽離像素的方式，降低底片的重復曝光次數，甚至可為目標物體制作多信道(multi-channel)的影像，或是制作多視角的影像以產生具有動態效果的影像。上述重建影像的效果，例如觀察者可由15 45度視角觀察重建的影像，或是位于底片前的不同觀察者觀察到不同的重建影像。圖7為本實用新型的一第三實施例的系統示意圖。對于彩色的目標物體162，第三實施例的全息影像的合成系統6中的影像處理可包括將影像161分色處理，以分離影像中的各色像素，進而集成影像161的一第一單色成分像以及一第二單色成分像，其中該第一單色成分像的一第一單色異于該第二單色成分像的一第二單色。舉例來說，將影像分成紅色、綠色以及藍色的二維影像以分別作為第一單色成分像、第二單色成分像以及第三單色成分像。影像163可以是不同視角前后幀經過影像抽離的影像，或是經過分色處理的第一單色成分像、第二單色成分像以及第三單色成分像。對于彩色目標物體來說，物光單元18 ”可更包括角度調整元件188，例如搭配驅動模塊來調整的一或多個反射鏡，藉以調整物光光波181入射至底片20的角度。舉例來說，前述第一單色成分像、第二單色成分像分別為紅色成分像、綠色成分像時，則角度調整元件188調整物光光波181入射至底片20的角度，使得對應紅色成分像的物光光波181與參考光光波141的夾角度為一第一夾度，對應綠色成分像的物光光波181與參考光光波141的夾角度為一第二夾角度；同理，對應藍光成分像的物光光波181與參考光光波141的夾角度為一第三夾角度，其中參考光光波141入射底片20的角度并未改變，因此被調整者為對應不同色光成分像的物光光波181，且對應三色成分像入射至底片20的曝光區域可以相同、部分重疊或是不重疊。蓋因全息拍攝的光學系統調整不易，一旦固定后欲調整其中的一光學元件時，重 建光路相當費時，本實用新型于物光光波進入底片前，利用角度調整元件188調整物光的入射角度，此種調整方式的優點在于，成像的光學系統可以保持固定，減少重建光路的時間。再者，根據上述，改變不同單色成分像與固定入射角度的參考光光波的夾角度，物光光波與參考光光波入射至底片以形成干涉條紋，利用底片重建目標物體的影像時，參考光源固定，所呈現的重建影像表現彩色的效果。本實用新型雖藉由上述實施例描述，但仍可變化其形態與細部設計，于不脫離本實用新型的創作精神而達成。本技術領域的普通技術人員可以理解的，上述本實用新型的較佳實施例，僅為藉由本實用新型的原理可以具體實施的方式之一，但并不以此為限制，應依本實用新型權利要求范圍所界定為準。
權利要求1.一種全息影像的合成系統，其特征在于，包括 發光單兀，提供一同調光束； 分光單兀，將該同調光束分為一參考光束以及一物光光束； 參考光單元，其包括影像產生器，該影像產生器接收該參考光束以輸出帶有一目標物體的影像信息的一參考光光波； 影像產生單元，其提供該目標物體的至少一影像； 物光單元，將該物光光束引導至該影像產生單元以產生一物光光波；以及 底片，該參考光光波以及該物光光波入射該底片上以產生多條干涉條紋。
2.如權利要求I所述的全息影像的合成系統，其特征在于，該發光單元包括氣體激光發射器、液態激光發射器、固態激光發射器或半導體激光發射器。
3.如權利要求I所述的全息影像的合成系統，其特征在于，該同調光束包括一可見光光束或一不可見光光束。
4.如權利要求I所述的全息影像的合成系統，其特征在于，該分光單元包括光束分離鏡。
5.如權利要求I所述的全息影像的合成系統，其特征在于，該影像產生單元包括可處理影像的電子裝置，該可處理影像的電子裝置將該影像分色處理以輸出一第一單色成分像以及一第二單色成分像，該第一單色成分像的一第一單色異于該第二單色成分像的一第二單色。
6.如權利要求5所述的全息影像的合成系統，其特征在于，該物光單元包括角度調整元件，該角度調整元件調整帶有該第一單色成分像或該第二單色成分像的該物光光波與該參考光光波之間的夾角度，使得在該參考光光波的入射角固定的條件下，對應該第一單色成分像的該物光光波的該夾角度異于對應該第二單色成分像的該物光光波的該夾角度。
7.如權利要求I所述的全息影像的合成系統，其特征在于，該物光單元包括具有一半圓柱鏡的物光成像系統，該物光光波通過該半圓柱鏡后入射該底片，且該底片設置于該物光成像系統的一焦平面距離附近的一景深范圍中但不包括該焦平面距離上。
8.如權利要求I所述的全息影像的合成系統，其特征在于，該影像產生單元以一擷取像素的設定擷取該目標物體的一第一影像以及一第二影像，并且以一投影像素的設定處理該第一影像以及該第二影像后由該物光光束投射以產生該物光光波，其中該投影像素的像素值少于該擷取像素的像素值。
9.如權利要求8所述的全息影像的合成系統，其特征在于，基于該投影像素的該第一影像的該影像信息互補于基于該投影像素的該第二影像的一影像信息。
10.如權利要求I所述的全息影像的合成系統，其特征在于，該底片為平面狀、圓盤狀、圓柱狀或圓錐狀。
11.如權利要求I所述的全息影像的合成系統，其特征在于，該影像包括該目標物體的多幀影像，該些幀影像由從不同擷取視角擷取該目標物體得到。
專利摘要本實用新型提供一種全息影像的合成系統，其包括一發光單元、一分光單元、一參考光單元、一影像產生單元、一物光單元以及一底片，其中，由參考光單元輸出的參考光光波帶有目標物體的影像信息并入射至底片，可以減少底片重復曝光的次數，提高重建的全息影像的亮度。
文檔編號G03H1/12GK202631968SQ201220221460
公開日2012年12月26日 申請日期2012年5月16日 優先權日2012年4月13日
發明者姚銘堂 申請人:宇隆光電股份有限公司