用于生成计算机生成的全息图的方法和装置
1.相关申请的交叉引用
2.本技术基于并要求2020年8月20日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请号10-2020-0104805和2021年3月30日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请号10-2021-0041261的优先权，这些专利申请的公开内容以引用的方式全文并入本文中。


背景技术：
1.技术领域
3.本公开涉及一种用于处理计算机生成的全息图(cgh)的方法和系统。
4.2.相关技术描述
5.全息术(holography)是用于通过调节光的振幅和相位来在3d空间中再现对象的3d空间表示技术。因此，用户可具有不受限制的视野并且可能不会经历3d视觉疲劳。因此，已经开发了通过使用能够同时控制光的振幅和相位的复杂空间光调制器(slm)来实时实现高分辨率全息图像的设备。可以通过使用在物波与参考波之间形成的干涉图案来在3d空间中显示全息图。近来，已经利用了可以通过处理用于再现全息图的干涉图案来在平板显示器上提供全息图的计算机生成的全息术。在生成数字全息图的方法，例如，计算机生成的全息术方法中，通过近似光学信号并计算通过基于近似的光学信号的数学计算生成的干涉图案来生成全息图。在用于生成数字全息图的方法中，由于对象由诸如3d点、多边形或深度数据的一组各种数据组成，因此通过计算构成对象的多条对象数据来生成完整的全息图。


技术实现要素：

6.提供了一种用于处理计算机生成的全息图(cgh)的方法和系统。本公开的目标不限于如上所述技术目标，并且可从以下实施例推断其他技术目标。
7.另外方面将部分地在以下的描述中阐述，并且部分地将从描述中显而易见，或者可以通过实践本公开的实施例来习得。
8.依据本公开的一方面，一种用于处理计算机生成的全息图(cgh)的方法包括：获得对应于第一深度层的第一对象图像和对应于第二深度层的第二对象图像；确定基于第一对象图像的第一预定振幅数据和基于第二对象图像的第二预定振幅数据；产生包括第一预定振幅数据和随机第一相位数据的第一对象数据；以及，使用作为输入的第一对象数据执行传播过程，所述传播过程包括：将第一对象数据传播到第二深度层以获得包括第二振幅数据和第二相位数据的第二对象数据；将第二振幅数据替换为第二预定振幅数据以获得改变的第二对象数据；将改变的第二对象数据反向传播到第一深度层以获得包括改变的第一振幅数据和改变的第一相位数据的改变的第一对象数据；以及将包括在改变的第一对象数据中的改变的第一振幅数据替换为第一预定振幅数据以获得最终第一对象数据，其中，所述方法进一步包括：基于所述最终第一对象数据产生cgh；以及基于cgh显示包括第一预定振幅数据的第一全息图像和包括第二预定振幅数据的第二全息图像。
9.所述方法可以进一步包括：在产生cgh之前使用所述传播过程的先前迭代的最终第一对象数据作为输入执行所述传播过程预定次数。
10.所述传播过程可以进一步包括：确定在改变的第一振幅数据和第一预定振幅数据之间的差；以及基于所确定的差大于或等于预定阈值而使用所述传播过程的先前迭代的最终第一对象数据作为输入重复所述传播过程。
11.所述传播过程可以进一步包括：确定在改变的第二振幅数据和第二预定振幅数据之间的差；以及基于所确定的差大于或等于预定阈值而使用所述传播过程的先前迭代的最终第一对象数据作为输入重复所述传播过程。
12.传播第一对象数据可以包括对第一对象数据执行快速傅立叶变换(fft)以及改变的第二对象数据的反向传播可以包括对改变的第二对象数据执行逆fft。
13.获得第一对象图像和第二对象图像可以包括：获得第一对象的第一对象图像；以及获得不同于第一对象的第二对象的第二对象图像。
14.获得第一对象图像和第二对象图像可以包括：获得第一对象图像；以及通过改变第一对象图像的像素值获得第二对象图像。
15.其中获得第一对象图像和第二对象图像可以包括：获得所述对象位于预定景深内的第一对象图像；以及获得所述对象位于所述预定景深之外的第二对象图像。
16.其中显示第一全息图像和第二全息图像可以包括：在第一深度层显示具有第一预定振幅数据的第一全息图像；以及在第二深度层显示具有第二预定振幅数据的第二全息图像。
17.一种非暂时性计算机可读记录介质，其具有记录于其上以用于在计算机上执行本公开上述方面的方法的程序。
18.依据本公开的一方面，一种用于处理计算机生成的全息图(cgh)的系统，所述系统包括：cgh生成装置，配置为生成cgh；和显示装置，配置为显示cgh，其中所述cgh生成装置进一步配置为：获得对应于第一深度层的第一对象图像和对应于第二深度层的第二对象图像，确定基于第一对象图像的第一预定振幅数据和基于第二对象图像的第二预定振幅数据；产生包括第一预定振幅数据和随机第一相位数据的第一对象数据，以及使用作为输入的第一对象数据执行传播过程，其中所述传播过程包括：将第一对象数据传播到第二深度层以获得包括第二振幅数据和第二相位数据的第二对象数据；将第二振幅数据替换为第二预定振幅数据以获得改变的第二对象数据；将改变的第二对象数据反向传播到第一深度层以获得包括改变的第一振幅数据和改变的第一相位数据的改变的第一对象数据；以及将包括在改变的第一对象数据中的改变的第一振幅数据替换为第一预定振幅数据以获得最终第一对象数据，以及其中所述cgh生成装置还配置为基于所述最终第一对象数据生成cgh；以及通过使用cgh显示包括第一预定振幅数据的第一全息图像和包括第二预定振幅数据的第二全息图像。
19.其中所述cgh生成装置还可以配置为在生成cgh之前使用所述传播过程的先前迭代的最终第一对象数据作为输入执行所述传播过程预定次数。
20.所述传播可以进一步包括：确定在改变的第一振幅数据和第一预定振幅数据之间的差；以及基于所确定的差大于或等于预定阈值而使用所述传播的先前迭代的最终第一对象数据作为输入重复所述传播。
21.所述传播可以进一步包括：确定在改变的第二振幅数据和第二预定振幅数据之间的差；以及基于所确定的差大于或等于预定阈值而使用所述传播的先前迭代的最终第一对象数据作为输入重复所述传播。
22.其中传播第一对象数据可以包括对第一对象数据执行快速傅立叶变换(fft)，以及其中改变的第二对象数据的反向传播可以包括对改变的第二对象数据执行逆fft。
23.所述cgh生成装置还可以配置为获得第一对象的第一对象图像，以及获得不同于第一对象的第二对象的第二对象图像。
24.所述cgh生成装置还可以配置为获得第一对象图像，以及通过改变第一对象图像的像素值获得第二对象图像。
25.所述cgh生成装置还可以配置为获得所述对象位于预定景深内的第一对象图像，以及获得所述对象位于所述预定景深之外的第二对象图像。
26.所述显示装置还可以配置为在第一深度层显示包括第一预定振幅数据的第一全息图像，以及在第二深度层显示包括第二预定振幅数据的第二全息图像。
附图说明
27.以下结合附图的描述中，本公开的某些实施例的上述和其他方面、特征和优点将变得更加显而易见，其中：
28.图1是用于解释根据实施例的计算机生成的全息术的原理的图示；
29.图2a和图2b是用于解释根据实施例的当通过使用深度图方法来生成对象的计算机生成的全息图(cgh)时对象的每个深度层的2d图像的图示；
30.图3a和图3b是用于解释根据实施例的朗伯表面和cgh的景深的图示；
31.图4a和图4b是用于解释根据实施例的使用随机相位生成的全息图像的图示；
32.图5是示出根据实施例的用于处理cgh的系统的框图；
33.图6a是用于解释根据实施例的获得第一预定振幅数据和第二预定振幅数据的方法的图示；
34.图6b和图6c是用于解释根据实施例的获得第一预定振幅数据和第二预定振幅数据的方法的图示；
35.图7是用于解释根据实施例的对象数据的传播的图示；
36.图8a到8e是用于解释根据实施例的获得对象数据的相位的方法的图示；
37.图9a和9b是根据图8a的方法生成的全息图像的图示；
38.图10是用于解释根据实施例的对象数据的传播的图示；
39.图11是用于解释根据实施例的对象数据的传播的图示；
40.图12是用于解释根据实施例的获得对象数据的相位的方法的图示；
41.图13是根据实施例的使用对象数据生成cgh的方法的流程图；
42.图14是根据实施例的使用对象数据生成cgh的方法的流程图；
43.图15是根据实施例的使用对象数据生成cgh的方法的流程图；以及
44.图16是根据实施例的处理cgh的方法的流程图。
具体实施方式
45.现在将详细参考实施例，其示例在附图中示出，其中相同的附图标记始终表示相同的元件。在这点上，各实施例可以具有不同的形式，并且不应该被解释为限于这里阐述的描述。因此，下面仅通过参考附图来描述实施例，以解释各方面。如本文中所使用，术语“和/或”包括相关联的所列项目中的一个或多个的任何和所有组合。当在元件列表之后时，诸如“...中的至少一者”的表达修饰整个元件列表而不修饰列表中的各个元件。
46.关于实施例中所使用的术语，选择了当前广泛使用的通用术语，但是，这些术语可以根据本领域技术人员的意图、新技术的出现等而变化。在特定情况下，可以任意选取术语，并且在这种情况下，将在对应公开的描述中描述其定义。因此，在描述中所使用的术语不必一定被解释为术语的简单名称，而是应该基于术语的含义和本公开的整体内容来定义。
47.术语“包括(include/comprise)”不应解释或理解为毫无例外地包括说明书中所公开的所有多个元件或多个操作，并且应当理解，可以不包括一些元件或一些操作，或者可以进一步包括其他部件或操作。
48.在下文中，将参考附图详细描述实施例。然而，本公开可以各种方式实现，并且不限于本文中描述的一个或多个实施例。
49.图1是用于解释根据实施例的计算机生成的全息术的原理的图示。
50.观察者可以通过观察者的眼球识别空间中的对象。当从对象反射的光通过眼球正面的眼晶状体折射并会聚在眼球背面的视网膜上时，观察者可看到空间中的对象。使用该原理，可以实现计算机生成的全息术的原理。
51.当观察者的眼晶状体平面w(u,v)14的焦点对应于深度层l1、lm或ln时，可以假设深度层l1、lm或ln上的图像在视网膜平面q(x2,y2)13上具有成像焦点。然后，空间光调制器(slm)平面(或称为“cgh平面”)p(x1,y1)15中的复光波场可以通过将形成在视网膜平面13上的图像反向传播到slm平面(或cgh平面)15来计算，并且因此，可以获得用于表达在cgh平面的cgh的cgh干涉图案。
52.计算机生成的全息术可以分类成点云方法、多边形方法、深度图(或基于层的)方法等。在点云方法中，用多个点表达对象的表面，并计算每个点处的干涉图案，并且因此可以表达精确的深度，而计算量则根据点数的增加而大大增加。在多边形方法中，将对象的表面表达为多边形网格，并且计算每个多边形网格处的干涉图案，并且因此即使降低了对象的精度，计算量也较小。深度图方法是基于层的方法和使用2d强度图像和深度数据生成cgh的方法，并且可以根据图像的分辨率来确定计算量。
53.由于在深度图方法中，cgh是在建模之后通过使用深度层将对象近似成多深度而生成的，因此计算效率可能会高于其他方法。另外，cgh可以通过仅使用2d强度信息和深度信息(诸如普通图片)来生成。
54.在通过使用深度图方法生成cgh时，大多数计算机生成的全息术处理都被傅立叶变换操作占据。对于本领域技术人员而言显而易见的是，处理中的傅立叶变换是用于获得通过图像的菲涅耳衍射获得的衍射图像的分布的操作，并且对应于广义菲涅耳变换(gft)或菲涅耳变换。在实施例中，傅立叶变换可以包括快速傅立叶变换(fft)、gft、菲涅耳变换等，它们是使用傅立叶变换的操作。
55.图2a和图2b是用于解释根据实施例的当通过使用深度图方法来生成对象的cgh时对象的每个深度层的2d图像的图示。
56.参考图2a，对象200位于眼晶状体平面w(u,v)14与slm平面(或cgh平面)p(x1,y1)15之间的空间中。根据深度图方案，可以将该空间设置为划分成预定数量的深度层。在此，深度层的数量可以是可以通过用户设置改变的任何数量，例如，深度层的数量可以是256或其他数量。
57.参考图2b，可以将对象200建模为与预定数量的深度层相对应的深度图像220。每个深度图像包括对象200在相对于眼晶状体平面w(u,v)14的对应深度处的对象数据221至224。在一个实施例中，对象数据221至224包括关于用于在对应深度处表示对象200的光的振幅和相位的信息。
58.图3a和图3b是用于解释根据实施例的朗伯表面和cgh的景深的图示。
59.景深(dof)是清晰地捕获焦点的区域。景深是当眼晶状体平面38的焦点与对象相对应时在对象周围显得更清晰的区域。
60.为了比较朗伯表面的景深和cgh的景深，对应于朗伯表面的对象(或像素)31至33与眼晶状体平面38间隔开的距离d1、d2和d3被设置为等于cgh的对象(或像素)34-36与眼晶状体平面38间隔开的距离d1、d2和d3。
61.参考图3a，具有朗伯表面的对象31-33可以在所有方向上发射或反射光。也就是说，具有朗伯表面的对象31至33可以以足够的角度θ发射光以入射在并且穿过整个眼晶状体。当眼晶状体平面38的焦点对应于对象32时，从其他对象31和33发射的每个光的成像焦点形成在视网膜平面39外部的区域中。因此，对象32显得更清晰，而其他对象31和33显得模糊，使得观察者可以清楚地识别出对象31-33的深度。
62.参考图3b，cgh的对象34-36在有限的方向上发射光。也即，cgh的对象34-36可以以有限的角度发射光以入射在并且仅穿过眼晶状体的一部分。
63.当眼晶状体平面38的焦点对应于对象35时，从其他对象34和36发射的每个光的成像焦点形成在视网膜平面39中或附近。因此，即使对象34和36与眼晶状体平面38间隔开的距离分别同对象31和33与眼晶状体平面38之间的距离相同，它们也显得清晰。因此，观察者可能不能清楚地识别出对象34-36的深度。
64.如上所述，由于cgh的景深可能低于朗伯表面的景深，因此观察者可能无法识别全息图像的深度。
65.图4a和图4b是用于解释根据实施例的使用随机相位生成的全息图像的图示。
66.参考图4a，为了增加cgh的景深，从对象(或像素)41发射的光可以基于随机相位来随机散射。换句话说，在像素41发射的光的方向可以根据随机相位来随机化。由于一些随机散射的光可能不穿过眼晶状体42并且可能未形成在视网膜43中，因此如图4b所示，在全息图像中可能会出现黑点。另外，由于光可能被随机散射，因此当眼晶状体42的焦点不对应于对象41时，对象41显得模糊的程度可能是不规则的。
67.图5是示出根据实施例的用于处理cgh的系统的框图。
68.参考图5，用于处理cgh的系统10可以包括cgh生成装置100和显示装置150。cgh生成装置100可以包括处理器112和存储器114。在图5所示的cgh生成装置100中，仅示出与实施例有关的部件。因此，对于本领域技术人员显而易见的是，cgh生成装置100除了图5所示
的部件之外还可以进一步包括其他通用部件。
69.处理器112可以对应于以各种类型的计算设备提供的处理器，诸如个人计算机(pc)、服务器设备、电视机(tv)、移动设备(智能电话机、平板设备等)、嵌入式设备、自主车辆、可穿戴设备、增强现实(ar)设备以及物联网(iot)设备。例如，处理器112可以对应于诸如中央处理单元(cpu)、图形处理单元(gpu)、应用处理器(ap)或神经处理单元(npu)的处理器，但是不限于此。
70.处理器112执行用于控制cgh生成装置100的总体功能。处理器112可以通过执行存储在存储器114中的程序来控制cgh生成装置100。例如，在cgh生成装置100设置在显示装置150中的情况下，处理器112可以通过控制cgh生成装置100的图像处理来控制显示装置150对全息图像的显示。
71.显示装置150可以对应于能够基于cgh生成装置100所生成的cgh在3d空间中显示全息图像的设备。显示装置150可以包括诸如空间光调制器(slm)155的用于再现全息图的硬件模块，并且可以包括诸如lcd和oled的各种类型的显示面板。也即，显示装置150除了cgh生成装置100之外，还可以包括用于显示全息图像的各种硬件模块和硬件配置。cgh生成装置100可以是在显示装置150外部实现的单独的独立装置。在这种情况下，显示装置150可以接收由在显示装置150外部实现的cgh生成装置100所生成的cgh数据，并且可以基于接收到的cgh数据显示全息图像。然而，cgh生成装置100和显示装置150的实现方式不受任何一个实施例的限制。
72.存储器114是存储在处理器112中处理的各条数据的硬件，并且例如，存储器114可以存储由处理器112处理的cgh数据和待处理的cgh数据。另外，存储器114可以存储要由处理器112执行的各种应用，诸如全息图再现应用、网页浏览应用、游戏应用、视频应用等。
73.存储器114可以包括易失性存储器和非易失性存储器中的至少一者。非易失性存储器包括只读存储器(rom)、可编程rom(prom)、电可编程rom(eprom)、电可擦除和可编程rom(eeprom)、闪存存储器、相变ram(pram)、磁性ram(mram)、电阻ram(rram)、铁电ram(fram)等。易失性存储器包括动态ram(dram)、静态ram(sram)、同步dram(sdram)、相变ram(pram)、磁性ram(mram)、电阻性ram(rram)、铁电ram(fram)等。在一个实施例中，存储器114可以包括硬盘驱动器(hdd)、固态驱动器(ssd)、紧凑型闪存(cf)、安全数字(sd)、微安全数字(micro-sd)、微型安全数字(mini-sd)、极限数字(xd)或记忆棒中的至少一者。
74.处理器112可以确定任何一个深度层中的对象数据的相位值，使得另一深度层中的对象数据的振幅值可以满足目标振幅值。
75.处理器112可以从预先生成的多个2d图像获得多个深度层中的对象数据的目标振幅值。例如，可以分别从第一和第二2d图像获得第一深度层和第二深度层中的对象数据的第一目标振幅值和第二目标振幅值。
76.然后处理器112可以将第一深度层中的对象数据的初始振幅值设置为第一目标振幅值，并且可以将第一深度层中的对象数据的初始相位值设置为任意相位值。
77.处理器112可以通过将对象数据从第一深度层传播到第二深度层来获得第二深度层中的对象数据的振幅值和相位值。处理器112可以将第二深度层中的对象数据的振幅值改变为第二目标振幅值。
78.然后处理器112可以通过将对象数据从第二深度层反向传播到第一深度层来获得
第一深度层中的对象数据的振幅值和相位值。处理器112可以将第一深度层中的对象数据的振幅值改变为第一目标振幅值。
79.然后处理器112可以通过在第一深度层和第二深度层之间重复地执行传播和反向传播对象数据的处理来获得对象数据的最终相位值。另外，处理器112可以从第一目标振幅值获得对象数据的最终振幅值。
80.处理器112可以将第一深度层中的对象数据的振幅值和相位值分别设置为最终振幅值和最终相位值。处理器112可以通过使用第一深度层中的对象数据来生成cgh。
81.处理器112可以被配置为生成与第一深度层对应的第一对象图像和与第二深度层对应的第二对象图像。
82.处理器112可以被配置为基于第一对象图像确定第一预定振幅数据，以及基于第二对象图像确定第二预定振幅数据。
83.处理器112可以被配置为生成包括第一预定振幅数据和随机第一相位数据的第一对象数据。
84.处理器112可以被配置为通过使用第一对象数据作为输入数据来执行传播过程。传播过程可以包括将第一对象数据传播到第二深度层以获得包括第二振幅数据和第二相位数据的第二对象数据，将第二振幅数据改变为第二预定振幅数据以获得改变后的第二对象数据，反向传播改变后的第二对象数据到第一深度层，获得包括改变的第一振幅数据和改变的第一相位数据的改变的第一对象数据，将改变的第一对象数据中包括的改变的第一振幅数据改变为第一预定振幅数据，以获得最终第一对象数据。处理器112可以被配置为基于最终第一对象数据生成cgh。
85.显示装置150可以被配置为通过使用生成的cgh来显示具有第一预定振幅数据和第二预定振幅数据的全息图像(即，第一全息图像和第二全息图像)。
86.图6a是用于解释根据实施例的基于第一和第二2d图像61和62获得第一预定振幅数据和第二预定振幅数据的方法的图示。
87.第一对象图像61是对应于第一深度层的2d图像。第一预定振幅数据|a(x,y)|可以基于第一对象图像61获得。
88.第二对象图像62是对应于第二深度层的2d图像。第二预定振幅数据|b(x,y)|可以基于第二对象图像62获得。
89.第一对象图像61和第二对象图像62可以是从单个对象获得的2d图像。或者，第一物体图像61和第二物体图像62可以是从不同对象获得的2d图像。
90.在一个实施例中，第一对象图像61可以是对象63位于预定景深内的图像，并且第二对象图像62可以是对象64位于预定景深之外的图像。替代地，第一对象图像61和第二对象图像62可以是对象63和64都位于景深内或之外的图像。景深可以任意设置。对象63和对象64可以彼此相同或不同。
91.在一个实施例中，第一对象图像61可以是对象63被聚焦的图像，第二图对象像62可以是对象64未被聚焦的图像。替代地，第一对象图像61和第二对象图像62可以是对象63和64都聚焦或都不聚焦的图像。对象63和对象64可以彼此相同或不同。
92.在一个实施例中，第一对象图像61可以是要从第一深度层显示的图像，而第二对象图像62可以是要从第二深度层显示的图像。
93.可以从第一对象图像61生成第二对象图像62。第二对象图像62可以通过改变在第一对象图像61中的像素的值来生成。例如，第二对象图像62可以通过使第一图像61变得模糊来生成或者可以通过渲染第一对象图像61来生成。
94.第一对象图像61和第二对象图像62可以包括诸如rgb和yuv的颜色数据，并且可以从该颜色数据获得光的振幅值。
95.处理器112(图5所示)可以通过获得来自第一对象图像61的光的振幅值来获得第一预定振幅数据|a(x,y)|。另外，处理器112可以通过获得来自第二对象图像62的光的振幅值来获得第二预定振幅数据|b(x,y)|。
96.图6b和图6c是用于解释根据实施例的获得第一预定振幅数据和第二预定振幅数据的方法的图示。
97.图6b和图6c所示的第一对象图像65和第二对象图像66可以分别是捕获不同对象的图像。在图6b中，示出了对应于第一对象的字符串“ghijklabcdef”，以及在和图6c中示出对应于第二对象的字符串“stuvwmnopq”。
98.第一和第二对象图像65和66可以在物理上彼此不相关。例如，第一对象图像65和第二对象图像66可以是独立捕获不同对象的图像。
99.参考图6b和图6c，第一对象图像65是用于获得第一深度层中的第一对象的第一预定振幅数据|a(x,y)|的2d图像。第二对象图像66是用于获得第二深度层中的第二对象的第二预定振幅数据|b(x,y)|的2d图像。
100.在一个实施例中，第一对象图像65和第二对象图像66可以是表达对象的图像，其中眼晶状体的焦距彼此相等或不同。
101.在一个实施例中，第一对象图像65可以是第一对象位于第一深度层的景深内的图像，而第二对象图像66可以是第二对象位于第二深度层的景深内的图像。替代地，第一对象图像65可以是第一对象位于第一深度层的景深内的图像，而第二对象图像66可以是第二对象位于第二深度层的景深之外的图像。替代地，第一对象图像65可以是第一对象位于第一深度层的景深之外的图像，而第二对象图像66可以是第二对象位于第二深度层的景深之外的图像。景深可以任意设置。
102.在一个实施例中，第一对象图像65和第二对象图像66可以是第一对象和第二对象被聚焦的图像。替代地，第一对象图像65可以是第一对象被聚焦的图像，而第二对象图像66可以是第二对象66不被聚焦的图像。替代地，第一对象图像65和第二对象图像66可以是第一对象和第二对象都不被聚焦的图像。
103.在一个实施例中，第一对象图像65可以是要从第一深度层输出的图像，而第二对象图像66可以是要从第二深度层输出的图像。
104.处理器112(图5所示)可以通过获得来自第一对象图像65的光的振幅值来获得第一预定振幅数据|a(x,y)|。另外，处理器112可以通过获得来自第二对象图像66的光的振幅值来获得第二预定振幅数据|b(x,y)|。
105.图7是用于解释根据实施例的对象数据的传播的图示。
106.对象数据包括关于光的振幅和相位的信息。对象数据的振幅数据包括关于光的强度的信息。深度层中的图像可以基于深度层中的对象数据的振幅数据来生成。换句话说，对象数据的相位数据不一定用于产生深度层中的图像。对象数据的相位数据包括关于光的传
播(例如传播方向)的信息。另一深度层中的图像可以基于任何一个深度层中的对象数据的振幅数据和相位数据两者来生成。
107.可以通过传播或反向传播来自任何一层的对象数据来获得其他层中的对象数据的振幅数据和相位数据。
108.通过将第一对象数据71从第一深度层l
l
传播到第二深度层lm，可以获得第二对象数据72的振幅数据和相位数据。通过将第二对象数据72从第二深度层lm反向传播到第一深度层l1，可以获得第一对象数据71的振幅数据和相位数据。
109.图8a-8e是用于解释根据实施例的获得对象数据的相位的方法的图示。
110.处理器112(图5所示)可以将第一对象数据801的初始振幅数据设置为第一预定振幅数据|a(x,y)|。处理器112可以将第一对象数据801的初始相位数据设置为随机相位数据p
n＝1
(x,y)。
111.处理器112可以通过将第一对象数据801从第一深度层传播到第二深度层来获得第二对象数据802的振幅数据|b'(x,y)|和相位数据q
n＝1
(x,y)。处理器112可以通过基于在第一深度层与第二深度层之间的距离d对第一对象数据801执行傅立叶变换(例如，快速傅立叶变换fft)来将第一对象数据801从第一深度层传播到第二深度层以获得第二对象数据802。
112.处理器112可以将第二对象数据802的振幅数据|b'(x,y)|改变为第二预定振幅数据|b(x,y)|。
113.图8c示出了从具有振幅数据|b'(x,y)|的第二对象数据802生成的全息图像的示例，而图8d示出了从具有第二预定振幅数据|b(x,y)|的改变的第二对象数据803生成的全息图像的示例。
114.处理器112可以通过将第二对象数据803从第二深度层反向传播到第一深度层来获得第一对象数据804的振幅数据|a'(x,y)|和相位数据p
n＝2
(x,y)。处理器112可以通过基于在第一深度层与第二深度层之间的距离d对第二对象数据803执行逆傅立叶逆变换(例如，快速傅立叶逆变换fft-1
)来将第二对象数据803从第二深度层反向传播到第一深度层以获得第一对象数据804。
115.处理器112然后可以将第一对象数据804的振幅数据|a'(x,y)|改变为第一预定振幅数据|a(x,y)|。
116.图8e示出了从具有振幅数据|a'(x,y)|的第一对象数据804生成的全息图像的示例，而图8b示出了从具有第一预定振幅数据|a(x,y)|的改变的第一对象数据801生成的全息图像的示例。
117.处理器112可以通过在递增n的同时重复地执行图8a所示的循环预定次数来获得最终第一对象数据。
118.处理器112可以将作为通过重复图8a所示的循环预定次数n而获得的最终第一对象数据的相位数据p
n＝n+1
(x,y)确定为最终相位数据。
119.替代地，处理器112可以基于第一深度层中的第一对象数据804的振幅数据|a'(x,y)|与第一预定振幅数据|a(x,y)|之间的比较来将通过重复地执行图8a所示的循环m次而获得的p
n＝m+1
(x,y)确定为最终相位数据。例如，处理器112可以重复地执行图8a所示的循环m次，直到第一对象数据804的振幅数据|a'(x,y)|与第一预定振幅数据|a(x,y)|之间的差
小于预定阈值。在这种情况下，次数m取决于在第一深度层中的对象数据804的振幅值|a'(x,y)|与第一目标振幅值|a(x,y)|之间的差。
120.替代地，处理器112可以基于第二对象数据802的振幅数据|b'(x,y)|与第二预定振幅数据|b(x,y)|之间的比较来将通过重复地执行图8a所示的循环t次而获得的第一对象数据的相位数据p
n＝t+1
(x,y)确定为最终相位数据。例如，处理器112可以重复地执行图8a所示的循环t次，直到在第二对象数据802的振幅数据|b'(x,y)|与第二预定振幅数据|b(x,y)|之间的差小于预定阈值。在这种情况下，次数t取决于在第二深度层中的对象数据802的振幅值|b'(x,y)|与第二目标振幅值|b(x,y)|之间的差。
121.图9a和9b是根据图8a的方法生成的全息图像的图示。
122.图9a的左图像是第一深度层中的全息图像，而右图像是第二深度层中的全息图像。
123.可以通过图9a的方法产生分别具有第一预定振幅数据和第二预定振幅数据的cgh。显示装置150(图5所示)可以基于cgh显示分别具有第一预定振幅数据和第二预定振幅数据的全息图像。因此，具有第一预定振幅数据的全息图像可以显示在第一深度层上，而具有第二预定振幅数据的全息图像可以显示在第二深度层上。即，第一对象图像可以在第一深度层上由全息图像显示，第二对象图像可以在第二深度层上由全息图像显示。
124.图9a所示的全息图像是通过使用图6b和6c所示的第一和第二对象图像生成的全息图像，可以确认全息图像分别以期望的光强度显示在第一深度层和第二深度层上。
125.在图9b中，左图像为第一深度层上的全息图像，而右图像为第二深度层上的全息图像。
126.由于第一对象数据的最终相位数据可以确定为满足第一预定振幅数据和第二预定振幅数据，因此可以分别利用第一深度层和第二深度层中期望的光强度来表达全息图像。因此，可以防止在图像中生成黑点，并且可以防止图像显得模糊的程度不规则。
127.图10是用于解释根据实施例的对象数据的传播的图示。
128.要生成为全息图像的目标可以是多个对象。图10示出了根据实施例的分别用于两个对象的第一和第二对象数据1001和1002以及第三和第四对象数据1003和1004。
129.处理器112(图5所示)可以通过将第一对象数据1001从第一深度层l
l
传播到第二深度层lm来获得第二对象数据1002的振幅数据和相位数据。类似地，处理器112可以通过将第三对象数据1003从第一深度层l
l
传播到第二深度层lm来获得第四对象数据1004的振幅数据和相位数据。
130.在传播第一对象数据1001的过程中可以仅考虑对应于第一对象数据1001的像素，并且在传播第三对象数据1003的过程中可以仅考虑对应于第三对象数据1003的像素。因此，第一对象数据1001和第三对象数据1003可以独立地传播。
131.类似地，在反向传播第二对象数据1002的过程中可以仅考虑对应于第二对象数据1002的像素，并且在反向传播第四对象数据1004的过程中可以仅考虑对应于第四对象数据1004的像素。因此，第二对象数据1002和第四对象数据1004可以独立地反向传播。
132.因此，处理器112可以并行地执行传播和反向传播第一和第二对象数据1001和1002以及第三和第四对象数据1003和1004的过程，并且可以减少计算时间。
133.图11是用于解释根据实施例的对象数据的传播的图示。
134.对象数据可以在两个或更多个深度层之间传播或反向传播。图11示出了在三个深度层之间传播或反向传播的对象数据。
135.三个深度层l
l
、lm和ln可以是任意深度层。在第一深度层l
l
与第二深度层lm之间的距离d1和在第二深度层lm与第三深度层ln之间的距离d2可以彼此相同或不同。
136.通过将第一对象数据1101从第一深度层l
l
传播到第二深度层lm，可以获得第二对象数据1102的振幅数据和相位数据。通过将第二对象数据1102从第二深度层lm传播到第三深度层ln，可以获得第三对象数据1103的振幅数据和相位数据。通过将第三对象数据1103从第三深度层ln反向传播到第一深度层l1，可以获得第一对象数据1101的振幅数据和相位数据。
137.图12是用于解释根据实施例的获得对象数据的相位的方法的图示。
138.处理器112(图5所示)可以将第一对象数据1201的初始振幅数据设置为第一预定振幅数据|a(x,y)|。处理器112可以将第一对象数据1201的初始相位数据设置为随机相位数据p
n＝1
(x,y)。
139.处理器112可以通过将第一对象数据1201从第一深度层传播到第二深度层来获得第二对象数据1202的振幅数据|b'(x,y)|和相位数据q
n＝1
(x,y)。处理器112可以通过基于在第一深度层与第二深度层之间的距离d1对第一对象数据1201执行傅立叶变换来将第一对象数据1201从第一深度层传播到第二深度层。
140.处理器112可以将第二对象数据1202的振幅数据|b'(x,y)|改变为第二预定振幅数据|b(x,y)|以获得第二对象数据1203。
141.处理器112可以通过将第二对象数据1203从第二深度层传播到第三深度层来获得第三对象数据1204的振幅数据|c'(x,y)|和相位数据r
n＝1
(x,y)。
142.处理器112可以将第三对象数据1204的振幅数据|c'(x,y)|改变为预定的第三振幅数据|c(x,y)|以获得第三对象数据1205。
143.处理器112可以通过将第三对象数据1205从第三深度层反向传播到第一深度层来获得第一对象数据1206的振幅数据|a'(x,y)|和相位数据p
n＝2
(x,y)。
144.处理器112可以将对象数据1206的振幅数据|a'(x,y)|改变为第一预定振幅数据|a(x,y)|以获得第一对象数据1201。
145.处理器112可以通过在递增n的同时重复地执行图12所示的循环来获得最终第一对象数据的最终相位数据。换句话说，图12的循环可以执行n次，其中所述循环的每次迭代接收由先前迭代输出的改变的第一对象数据作为输入。
146.处理器112可以将通过重复地执行图12所示的循环预定次数n而获得的第一对象数据的p
n＝n+1
(x,y)确定为最终相位数据。
147.替代地，处理器112可以基于第一对象数据1206的振幅数据|a'(x,y)|与第一预定振幅数据|a(x,y)|之间的比较来将通过重复地执行图12所示的循环m次而获得的第一对象数据的p
n＝m+1
(x,y)确定为最终相位数据。换句话说，处理器112可以基于在第一深度层中的第一对象数据1206的振幅数据|a'(x,y)|与第一预定振幅数据|a(x,y)|之间的比较确定是否执行或者避免执行图12的循环的另一次迭代。
148.替代地，处理器112可以基于第二对象数据1202的振幅数据|b'(x,y)|与第二预定振幅数据|b(x,y)|之间的比较来将通过重复地执行图12所示的循环t次而获得的第一对象
数据的相位数据p
n＝t+1
(x,y)确定为最终相位数据。换句话说，处理器112可以基于在第二深度层中的第二对象数据1202的振幅数据|b'(x,y)|与第二预定振幅数据|b(x,y)|之间的比较确定是否执行或者避免执行图12的循环的另一次迭代。
149.替代地，处理器112可以基于第三对象数据1204的振幅数据|c'(x,y)|与第三预定振幅数据|c(x,y)|之间的比较来将通过重复地执行图12所示的循环s次而获得的第一对象数据的相位数据p
n＝s+1
(x,y)确定为最终相位数据。换句话说，处理器112可以基于第三深度层中的第三对象数据1204的振幅数据|c'(x,y)|与第三预定振幅数据|c(x,y)|之间的比较确定是否执行或者避免执行图12的循环的另一次迭代。
150.用于获得最终相位数据的循环的结构不限于图12所示的循环的结构。在一实施例中，循环可以被配置为将第一对象数据从第一深度层传播到第三深度层，然后将第三对象数据从第三深度层反向传播到第二深度层，以及然后将第二对象数据从第二深度层反向传播到第一深度层。
151.图13是根据实施例的使用对象数据生成cgh的方法的流程图。
152.在操作1301中，处理器112(图5所示)可以通过将对象数据从第一深度层传播到第二深度层来获得第二深度层中的对象数据的振幅值和相位值。处理器112可以通过基于在第一深度层与第二深度层之间的距离对对象数据执行傅立叶变换来传播对象数据。
153.在操作1302中，处理器112可以将第二深度层中的对象数据的振幅值改变为预定第二目标振幅值。
154.在操作1303中，处理器112可以通过将具有第二目标振幅值的对象数据从第二深度层反向传播到第一深度层来获得第一深度层中的对象数据的振幅值和相位值。处理器112可以通过基于在第一深度层与第二深度层之间的距离对对象数据执行傅立叶逆变换来反向传播对象数据。
155.在操作1304中，处理器112可以通过将第一深度层中的对象数据的振幅值改变为预定第一目标振幅值来产生改变的对象数据。
156.在操作1305中，处理器112可以通过使用具有预定第一目标振幅值的改变的对象数据来生成cgh。可以将最终振幅值确定为第一目标振幅值，并且可以将最终相位值确定为第一深度层中的相位值。处理器112可以使用具有最终振幅值和最终相位值的改变的对象数据来生成cgh。
157.图14是根据实施例的使用对象数据生成cgh的方法的流程图。
158.在操作1401中，处理器112(图5所示)可以设置第一深度层和第二深度层的每一者中的对象数据的第一目标振幅值和第二目标振幅值。可以分别从预先生成的第一图像和第二图像获得第一目标振幅值和第二目标振幅值。
159.在操作1402中，处理器112可以设置第一深度层中的对象数据的初始振幅值和初始相位值。可以将初始振幅值设置为第一目标振幅值，并且可以将初始相位值设置为任意相位值。
160.在操作1403中，处理器112可以通过将对象数据从第一深度层传播到第二深度层来获得第二深度层中的对象数据的振幅值和相位值。
161.在操作1404中，处理器112可以将第二深度层中的对象数据的振幅值改变为预定第二目标振幅值。
162.在操作1405中，处理器112可以通过将具有第二目标振幅值的对象数据从第二深度层反向传播到第一深度层来获得第一深度层中的对象数据的振幅值和相位值。也即，在操作1405中，可以更新第一深度层中的对象数据的振幅值和相位值。
163.在操作1406中，处理器112可以通过将第一深度层中的对象数据的振幅值改变为预定第一目标振幅值来产生改变的对象数据。
164.在操作1407中，处理器112可以确定是否重复地执行操作1403至1406。处理器112可以基于在操作1407确定的结果来确定进行到操作1408。例如，在操作1407的确定可以基于已经重复地执行操作1403至1406的次数来进行。替代地，处理器112可以基于操作1405的第一深度层中的改变的对象数据的振幅值与第一目标振幅值的比较来确定进行到操作1408。替代地，处理器112可以基于操作1403的第二深度层中的对象数据的振幅值与第二目标振幅值的比较来确定进行到操作1408。
165.在操作1408中，处理器112可以通过使用具有第一目标振幅值的改变的对象数据来生成cgh。可以将最终振幅值确定为第一目标振幅值，并且可以将最终相位值确定为通过重复操作1403至1406而最终获得的第一深度层中的相位值。处理器112可以使用具有最终振幅值和最终相位值的对象数据来生成cgh。
166.图15是根据实施例的使用对象数据生成cgh的方法的流程图。
167.在操作1501中，处理器112(图5所示)可以通过将对象数据从第一深度层传播到第二深度层来获得第二深度层中的对象数据的振幅值和相位值。在一实施例中，操作1501可以被替换为将对象数据从第一深度层传播到第三深度层的操作。
168.在操作1502中，处理器112可以将第二深度层中的对象数据的振幅值改变为预定第二目标振幅值。在一实施例中，操作1502可以被替换为将第三深度层中的对象数据的振幅值改变为预定第三目标振幅值的操作。
169.在操作1503中，处理器112可以通过将具有第二目标振幅值的对象数据从第二深度层传播到第三深度层来获得第三深度层中的对象数据的振幅值和相位值。在一实施例中，操作1503可以被替换为将对象数据从第三深度层反向传播到第二深度层的操作。
170.在操作1504中，处理器112可以将第三深度层中的对象数据的振幅值改变为预定第三目标振幅值。在一实施例中，操作1504可以被替换为将第二深度层中的对象数据的振幅值改变为预定第二目标振幅值的操作。
171.在操作1505中，处理器112可以通过将具有第三目标振幅值的对象数据从第三深度层反向传播到第一深度层来获得第一深度层中的对象数据的振幅值和相位值。在一实施例中，操作1505可以被替换为将对象数据从第二深度层反向传播到第一深度层的操作。
172.在操作1506中，处理器112可以通过将第一深度层中的对象数据的振幅值改变为预定第一目标振幅值来产生改变的对象数据。
173.在操作1507中，处理器112可以通过使用具有预定第一目标振幅值的改变的对象数据来生成cgh。
174.图16是根据实施例的处理cgh的方法的流程图。
175.在操作1601中，cgh生成装置100(图5所示)可以获得对应于第一深度层的第一对象图像以及对应于第二深度层的第二对象图像。cgh生成装置100可以独立地生成或获得第一对象图像和第二对象图像。替换的，cgh生成装置100可以生成第一对象图像然后通过修
改第一对象图像来生成第二对象图像。
176.在操作1602中，cgh生成装置100可确定基于第一对象图像的第一预定振幅数据和基于第二对象图像的第二预定振幅数据。
177.在操作1603中，cgh生成装置100可以生成包括第一预定振幅数据和随机第一相位数据的第一对象数据。
178.在操作1604中，cgh生成装置100可以使用第一对象数据作为输入来执行传播过程。
179.传播过程可以包括将第一对象数据传播到第二深度层以获得包括第二振幅数据和第二相位数据的第二对象数据。可以通过对第一对象数据执行fft来传播第一对象数据。此外，传播过程还可以包括将第二振幅数据改变为第二预定振幅数据以获得改变的第二对象数据。
180.传播过程还可以包括将改变的第二对象数据反向传播到第一深度层以获得包括改变的第一振幅数据和改变的第一相位数据的改变的第一对象数据。可以通过对改变的第二对象数据执行逆fft来反向传播改变的第二对象数据。
181.传播过程还可以包括将包括在改变的第一对象数据中的改变的第一振幅数据改变为第一预定振幅数据以获得最终的第一对象数据。
182.cgh生成装置100可以基于最终的第一对象数据生成cgh。
183.显示装置150(图5所示)可以基于cgh显示分别具有第一预定振幅数据和第二预定振幅数据的全息图像。显示装置150可在第一深度层上显示具有第一预定振幅数据的全息图像，并在第二深度层上显示具有第二预定振幅数据的全息图像。在这种情况下，显示装置150被认为是没有像差之类的理想装置。因此，可以在第一深度层上通过全息图像显示第一对象图像，并且可以在第二深度层上通过全息图像显示第二对象图像。
184.上述实施例可以用程序编写，该程序可以在计算机上执行并且可以在使用非暂时性计算机可读记录介质操作该程序的通用数字计算机上实现。另外，实施例中所使用的数据的结构可以经由各种单元记录在非暂时性计算机可读记录介质上。非暂时性计算机可读记录介质的示例包括磁存储介质(例如，rom、软盘、硬盘等)、光学记录介质(例如，cd-rom或dvd)等。
185.应当理解，本文描述的实施例应当仅被认为是描述性意义而不是为了限制的目的。通常应当认为每个实施例中的特征或方面的描述可用于其他实施例中的其他类似特征或方面。虽然已参考附图描述一个或多个实施例，但是本领域普通技术人员将理解，在不脱离如由以下权利要求及其等同物限定的精神和范围的情况下，可以在其中对形式和细节进行各种改变。