CN101446798A - 瞬变三维图像的制作方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种动态三维全息图像技术，特别是一种记录与重现变化物体的瞬变三维图像的制作方法及装置。所述方法包括：步骤1、一次记录用脉冲激光束在全息感光胶片上按时序记录运动物体的图像信息，依序形成多条激光干涉条纹；步骤2、二次记录用重现激光束将一次记录的多条按时序记录的运动物体的图像信息二次复录于另一张全息感光胶片上，制成二次记录运动物体三维图像；步骤3、用白光照射二次记录的运动物体三维图像，并按一定速度改变观看角度，即能在看到运动的三维物体。本发明用在同一张感光胶片上按时序记录运动物体瞬间全息图像信息——多条干涉条纹的方法取代多张按时序从不同角度拍摄运动物体的胶片，从而使一次记录的过程大大简化。
Description
技术领域
本发明涉及一种动态三维全息图像技术，特别是一种记录与重现变化物体的瞬变三维图像的制作方法及装置。
背景技术
现有的全息图拍摄装置如图1所示，是由激光器L，反射镜M1、M2、M3、分光器SP、准直透镜组L01、L02和L03、L04以及感光板P组成，激光器L所发激光经由分光器SP分为物光束B1和参考光束B2，物光束通过准直透镜组L01、L02形成扩束的准直平行光经由一次记录的物体图像掩膜照射到感光板P上，参考光束B2通过准直透镜组L03、L04扩束后也投射到感光板P上以记录全息图，一次记录的物体图像掩膜是采用透明胶片T，在拍摄动态全息图时，需要几十张不同角度及时间序列的物体图像，需制作一系列透明胶片，操作非常麻烦。
在专利号01257623.9V的实用新型专利中公开了一种合成动态全息图拍摄装置，包括激光器，反射镜、分束器、准直透镜组、物体图像输入器件及感光板，其中：所述物体图像输入器件包括受计算机的图像数字信号控制的数字微反射镜器件DMD、成像透镜L和散射屏S，所述的对物光束B1形成的扩束准直平行光透射在数字微反射镜器件DMD上，从数字微反射镜器件上反射的光线经成像透镜L成像在散射屏S上，再投射到感光板P上。在拍摄动态全息图时，计算机输出的分立时间序列的物体图像顺序输入到数字微反射镜器件。无需事先制作一系列透明胶片，极大提高了动态全息图的拍摄速度，而且，数字微反射镜器件有高分辨率和高对比度的特性，因而能制作出高质量的合成体视动态全息图。
该专利中计算机的图像数字信号的获取过程也不是一件简单的事，需要由多台摄像机从不同角度对所需拍摄的运动物体进行图像记录并按时序进行处理。
能否以简单的全息图拍摄装置直接对运动物体进行记录而获取动态三维图像是全息摄影技术领域中长期未能解决的难题之一。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的上述不足，而提供一种以简单的全息图拍摄方法和装置直接对运动物体进行记录而获取动态三维图像的瞬变三维图像的制作方法及装置。
本发明所提供的瞬变三维图像的制作方法及装置是由如下技术方案来实现的。
一种瞬变三维图像的制作方法，其特征在于包括下列步骤：
步骤1、一次记录用脉冲激光束在全息感光胶片上按时序记录运动物体的图像信息，依序形成多条激光干涉条纹；
步骤2、二次记录用重现激光束将一次记录的多条按时序记录的运动物体的图像信息二次复录于另一张全息感光胶片上，制成二次记录运动物体三维图像；
步骤3、用白光照射二次记录的运动物体三维图像，并按一定速度改变观看角度，即能在看到运动的三维物体。
所述的瞬变三维图像的制作方法，其特征在于：所述一次记录的脉冲激光束包括脉冲物光束和脉冲参考光束，且所述脉冲物光束和脉冲参考光束同步；所述同步脉冲物光束和脉冲参考光束是由同一脉冲激光发生器产生的脉冲激光经由分光镜得到。
所述的瞬变三维图像的制作方法，其特征在于：所述在全息感光胶片上按时序记录的多条激光干涉条纹是通过设于全息感光胶片前的具有一条窄缝的运动的遮板而得到，所述遮板沿垂直于窄缝的方向并以相邻二激光脉冲相隔时间移动一条干涉条纹宽度的速度运动。
所述的瞬变三维图像的制作方法，其特征在于：所述二次记录的重现激光束为连续激光束，包括重现物光束和参考光束。
所述的瞬变三维图像的制作方法，其特征在于：所述脉冲激光束的脉冲频率大于或等于视觉暂留所需频率，具体是大于或等于10次/秒。
本发明还提供一种用于上述方法的瞬变三维图像的制作装置，包括：由激光器，反射镜、分光镜、扩光透镜以及全息摄影感光片所构成的一次记录装置和二次记录装置，其特征在于：于所述一次记录装置中，所述激光器为脉冲激光器；所述感光片的前面设有具有一条窄缝的遮板，且所述遮板沿垂直于窄缝的方向以相邻二激光脉冲相隔时间移动一条干涉条纹宽度的速度运动。
所述的瞬变三维图像的制作装置，其特征在于：所述遮板连接一齿条，所述齿条与固设于步进电机转轴上的齿轮啮合。
所述的瞬变三维图像的制作装置，其特征在于：所述一次记录装置中的扩光透镜为单凸透镜所构成的球面圆锥光扩光镜。
所述的瞬变三维图像的制作装置，其特征在于：所述二次记录装置中的激光器为连续激光器。
所述的瞬变三维图像的制作装置，其特征在于：所述二次记录装置中的扩光镜为汇聚光透镜组。
本发明的优点在于：本发明用在同一张感光胶片上按时序记录运动物体瞬间全息图像信息—多条干涉条纹的方法取代多张按时序从不同角度拍摄运动物体的胶片，从而使一次记录的过程大大简化。
为对本发明的结构特征及其功效有进一步了解，兹列举具体实施例并结合附图详细说明如下。
附图说明
图1是现有动态全息图拍摄装置示意图。
图2是本发明瞬变三维图像的制作方法流程图。
图3是本发明瞬变三维图像拍摄装置示意图。
图4是本发明瞬变三维图像拍摄装置中的窄缝遮板驱动装置示意图。
图5是本发明二次记录装置示意图。
图6是白光重现示意图。
具体实施方式
图2是本发明瞬变三维图像的制作方法的流程图。包括下列步骤：
步骤1、一次记录用脉冲激光束在全息感光胶片上按时序记录运动物体的图像信息，依序形成多条激光干涉条纹；所述一次记录的脉冲激光束包括脉冲物光束和脉冲参考光束，且所述脉冲物光束和脉冲参考光束同步；所述同步脉冲物光束和脉冲参考光束是由同一脉冲激光发生器产生的脉冲激光经由分光镜得到。
所述在全息感光胶片上按时序记录的多条激光干涉条纹是通过设于全息感光胶片前的具有一条窄缝的运动的遮板而得到，所述遮板沿垂直于窄缝的方向并以相邻二激光脉冲相隔时间移动一条干涉条纹宽度的速度运动。
所述脉冲激光束的脉冲频率大于或等于视觉暂留所需频率，具体是大于或等于10次/秒。
步骤2、二次记录用重现激光束将一次记录的多条按时序记录的运动物体的图像信息二次复录于另一张全息感光胶片上(如图5所示)，制成二次记录运动物体三维图像；二次记录的重现激光束(即物光束)和参考光束为连续激光束。
步骤3、用白光照射二次记录的运动物体三维图像(如图6所示)，并按一定速度改变观看角度，即能看到运动的三维物体。所述改变观看角度可通过摆动二次记录运动物体三维图像的全息感光胶片来实现，不同摆动速度将见到不同运动速度的三维物体。
本发明的方法可用于记录飞行的昆虫，被掉下摔碎的瓷杯、爆炸的炮弹等。
图3是本发明所提供的用于上述方法的瞬变三维图像的制作装置示意图。其包括：由激光器1、反射镜2、分光镜3、物光束扩光透镜4、参考光扩光透镜5以及全息摄影感光片11所构成的一次记录装置和大致相同配置的二次记录装置；于所述一次记录装置中的激光器1为波长为1.06微米～0.53微米的红外脉冲激光器；所述感光片5的前面设有具有一条窄缝6的遮板7，且所述遮板7滑设于固定的滑槽10中，所述滑槽10使遮板7沿垂直于窄缝6的方向移动，其移动速度为相邻二激光脉冲相隔时间移动一条干涉条纹宽度。具体结构是：所述遮板7连接一齿条8，所述齿条8与固设于步进电机9转轴上的齿轮12啮合(如图4所示)。通过控制步进电机9的转速可控制遮板7的移动速度。
所述一次记录装置中的物光束扩光透镜4和参考光扩光透镜5均为单凸透镜所构成的球面圆锥光扩光镜，所述物光束扩光透镜4和参考光扩光透镜5分别将由分光镜3分出的平行激光束经凸透镜汇聚由焦点扩散成球面圆锥光束。
当所述激光器1发出第一道激光脉冲时，所述遮板7上的窄缝6对应全息摄影感光片11的第一位置，此时，所述球面圆锥物光束照亮运动物体，运动物体上的部分反射光与参考光经由遮板上的窄缝6在全息摄影感光片11的第一位置上形成一条记录运动物体于第一时间的状态图像的第一条干涉条纹；在激光脉冲的间隔时间内，窄缝6随遮板7移动至对应全息摄影感光片11的第二位置，运动物体处于第二时间位置状态，此时所述激光器1发出第二道激光脉冲，处于第二位置状态的运动物体上的部分反射光与参考光经由遮板上的窄缝6在全息摄影感光片11的第二位置上形成一条记录运动物体于第二时间位置的状态图像的第二干涉条纹；如此不断在全息摄影感光片11上记录下物体运动全过程的多条干涉条纹。所述干涉条纹的数量与所记录的运动物体的时间T有关，
数量Q＝fT
f为激光的脉冲频率。
所述二次记录装置与现有动态全息图拍摄装置基本相同，其中的激光器为连续激光器。扩光镜为汇聚光透镜组，即由扩光透镜和聚光透镜所组成，聚光透镜的焦距和直径大于扩光透镜的焦距和直径，二透镜同轴相距大于二透镜的焦距之和，来自激光器的小直径的平行激光束由扩光透镜汇聚经焦点后扩散到聚光透镜，再由聚光透镜将激光束变为大直径的汇聚激光束(与一次记录的激光束共轭)。其中大直径的汇聚物光束透过记录有物体运动全过程的多条干涉条纹的全息摄影胶片11与大直径的汇聚参考光束同时照射到另一张全息感光胶片13上，将所有运动物体的激光图像信息复录到全息感光胶片13上。
用白光照射全息感光胶片13，观察者面对并摆动全息感光胶片12，用两眼可看到运动着的三维物体。
所述的全息感光胶片为高分辨率全息感光胶片，其分辨率大于等于3000条/mm。
Claims (10)
1、一种瞬变三维图像的制作方法，其特征在于包括下列步骤：
步骤1、一次记录用脉冲激光束在全息感光胶片上按时序记录运动物体的图像信息，依序形成多条激光干涉条纹；
步骤2、二次记录用重现激光束将一次记录的多条按时序记录的运动物体的图像信息二次复录于另一张全息感光胶片上，制成二次记录运动物体三维图像；
步骤3、用白光照射二次记录的运动物体三维图像，并按一定速度改变观看角度，即能在看到运动的三维物体。
2、根据权利要求1所述的瞬变三维图像的制作方法，其特征在于：所述一次记录的脉冲激光束包括脉冲物光束和脉冲参考光束，且所述脉冲物光束和脉冲参考光束同步；所述同步脉冲物光束和脉冲参考光束是由同一脉冲激光发生器产生的脉冲激光经由分光镜得到。
3、根据权利要求1所述的瞬变三维图像的制作方法，其特征在于：所述在全息感光胶片上按时序记录的多条激光干涉条纹是通过设于全息感光胶片前的具有一条窄缝的运动的遮板而得到，所述遮板沿垂直于窄缝的方向并以相邻二激光脉冲相隔时间移动一条干涉条纹宽度的速度运动。
4、根据权利要求1所述的瞬变三维图像的制作方法，其特征在于：所述二次记录的重现激光束为连续激光束，包括重现物光束和参考光束。
5、根据权利要求1所述的瞬变三维图像的制作方法，其特征在于：所述脉冲激光束的脉冲频率大于或等于视觉暂留所需频率，具体是大于或等于10次/秒。
6、一种用于权利要求1所述方法的瞬变三维图像的制作装置，包括：由激光器，反射镜、分光镜、扩光透镜以及全息摄影感光片所构成的一次记录装置和二次记录装置，其特征在于：于所述一次记录装置中，所述激光器为脉冲激光器；所述感光片的前面设有具有一条窄缝的遮板，且所述遮板沿垂直于窄缝的方向以相邻二激光脉冲相隔时间移动一条干涉条纹宽度的速度运动。
7、根据权利要求6所述的瞬变三维图像的制作装置，其特征在于：所述遮板连接一齿条，所述齿条与固设于步进电机转轴上的齿轮啮合。
8、根据权利要求6所述的瞬变三维图像的制作装置，其特征在于：所述一次记录装置中的扩光透镜为单凸透镜所构成的球面圆锥光扩光镜。
9、根据权利要求6所述的瞬变三维图像的制作装置，其特征在于：所述二次记录装置中的激光器为连续激光器。
10、根据权利要求6所述的瞬变三维图像的制作装置，其特征在于：所述二次记录装置中的扩光镜为汇聚光透镜组。
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