超星·期刊 第47卷第4湖 红外与激光工程 2018年4月 Vol.47 No.4 Infrared and Laser Engineering Apr.2018 全息打印技术研究进展 黄应清1，苏健，陈精贝，闫兴鹏，蒋晓瑜 (1.陆军装甲兵学院，北京100072；2.陆军装甲兵学院信息通信系，北京100072) 摘要：全息打印技术可以实现场景的真三维显示，根据千涉纹样的不同来源及不同记录方式，可将 其归类为合成全息体视图打印、计算全息图打印与全息波前打印。合成全息体视图打印无法准确记录 三雏场景的深度信息，因而全息图再现时存在会聚一调节矛盾；计算全息图打印能够准确记录与再现 场景的深度信息，继而解决会聚-调节矛盾，然而仅能得到薄的透射型全息图，因而无法实现白光再 现：令息被前打印既可以解决会聚一调节子盾，又可以得到原的反射型息图实现且有良好观察效 果的白光再现。首先介绍了各类全息打印技术的基本原理，着重分析了各自的研究现状，然后讨论了 它们的优缺点，以说明各类全息打印技术的特性。 关键词：全息：全息打印：体视图：全息单元 中图分类号：0438.1 文献标志码：A D0I:10.3788/RLA201847.040600 Progress in holographic printing technique Huang Yingqing',Su Jian',Chen Yibei',Yan Xingpeng",Jiang Xiaoyu' (1.Academy of Army Armored Forces.Beijing 100072.China: 2.Department of Information Communication.Academy of Army Armored Forces.Beijing 100072.China) Abstract:Holographic printing technique can achieve a true three-dimensional display of the scene well Based on different sources and different recording methods of interference patterns.holographic printing techniques can be classified as synthetic holographic stereogram printing computer-gen printing.and wavefront printing.Synthetic holographic stereogram printing can't record the depth information of the three-dimensional scene accurately,so there occurs the vergence-accommodation conflicts during the the.Computer-generated printing can re the depth information of the scene accurately,and solve the vergence-accommodation conficts.However the hologram is only a thin transmission hologram which can't be reconstructed by white light.Wavefront printing can not only solve the vergence-accommodation conflicts,but also achieve a thick reflection hologram for white-light recons with god observation effect.Principles of different holographie printing techniques were introduced,then research status of each technique was analyzed.Finally.the advantages and disadvantages of them were discussed to illustrate their own properties. Key words:holography:holographic printing: stereogram:holographic element(Hogel) 收日期：2017-11-12：修订日期：2017-12-10 基金项目：家重点所发计划(2017YFB10450):风家自然科学基金(617520)：全优秀博士学位论文作者专项资金(201432 作者简介：黄应清(19心6-).男，教授，顾士，主要从事信息光学及日标探测与识别方面的研究。Emai:huangyingqingl105@163.con 通讯作者：蒋晓瑜(967-)，男.教授，博士，主要从事光电图像处理及三堆数字全息等方雨的研究。Email:jiangxiaoyu2007@gmil.com 0406008-1
全息打印技术研究进展 黄应清 1 ，苏 健 2 ，陈祎贝 2 ，闫兴鹏 2 ，蒋晓瑜 2 (1. 陆军装甲兵学院，北京 100072；2. 陆军装甲兵学院 信息通信系，北京 100072) 摘 要： 全息打印技术可以实现场景的真三维显示，根据干涉纹样的不同来源及不同记录方式，可将 其归类为合成全息体视图打印、计算全息图打印与全息波前打印。合成全息体视图打印无法准确记录 三维场景的深度信息，因而全息图再现时存在会聚-调节矛盾；计算全息图打印能够准确记录与再现 场景的深度信息，继而解决会聚-调节矛盾，然而仅能得到薄的透射型全息图，因而无法实现白光再 现；全息波前打印既可以解决会聚-调节矛盾，又可以得到厚的反射型全息图，实现具有良好观察效 果的白光再现。首先介绍了各类全息打印技术的基本原理，着重分析了各自的研究现状，然后讨论了 它们的优缺点，以说明各类全息打印技术的特性。 关键词： 全息； 全息打印； 体视图； 全息单元 中图分类号： O438.1 文献标志码： A DOI： 10.3788/IRLA201847.0406008 Progress in holographic printing technique Huang Yingqing1 , Su Jian2 , Chen Yibei2 , Yan Xingpeng2 , Jiang Xiaoyu2 (1. Academy of Army Armored Forces, Beijing 100072, China; 2. Department of Information Communication, Academy of Army Armored Forces, Beijing 100072, China) Abstract: Holographic printing technique can achieve a true three-dimensional display of the scene well. Based on different sources and different recording methods of interference patterns, holographic printing techniques can be classified as synthetic holographic stereogram printing, computer-generated hologram printing, and wavefront printing. Synthetic holographic stereogram printing can′ t record the depth information of the three-dimensional scene accurately, so there occurs the vergence-accommodation conflicts during the reconstruction of the hologram. Computer-generated hologram printing can record and reconstruct the depth information of the scene accurately, and solve the vergence-accommodation conflicts. However, the hologram is only a thin transmission hologram which can′t be reconstructed by white light. Wavefront printing can not only solve the vergence-accommodation conflicts, but also achieve a thick reflection hologram for white-light reconstruction with good observation effect. Principles of different holographic printing techniques were introduced, then research status of each technique was analyzed. Finally, the advantages and disadvantages of them were discussed to illustrate their own properties. Key words: holography; holographic printing; stereogram; holographic element(Hogel) 收稿日期：2017-11-12； 修订日期：2017-12-16 基金项目：国家重点研发计划(2017YFB1104500)；国家自然科学基金(61775240)；全国优秀博士学位论文作者专项资金(201432) 作者简介：黄应清(1966-)，男，教授，硕士，主要从事信息光学及目标探测与识别方面的研究。 Email:huangyingqing1105@163.com 通讯作者：蒋晓瑜(1967-)，男，教授，博士，主要从事光电图像处理及三维数字全息等方面的研究。 Email:jiangxiaoyu2007@gmail.com 0406008-1 第 47 卷第 4 期 红外与激光工程 2018 年 4 月 Vol.47 No.4 Infrared and Laser Engineering Apr. 2018 ChaoXing
超星·期刊 红外与激光工程 第4期 www.irla cn 第47飞 0引言 全息术是一种基于光波干涉与衍射原理的直三 维显示技术，最早由D.Gabor提出并实现山。近年 Hoge -Hogel 来，计算机技术与全息术结合得更加紧密，全息打 技术得到了飞速发展相比传统的光学全息全息打 (a)主全息图的制作 (b)主全息图的再现 印技术可以将虚拟场景的三维信息存储于全息记录 (a）Production of master (b)Reconstruction of master 介质，全息打印技术已被广泛应用于商业、军事、医 hologram hologram 疗、广告业等领域。 根据干涉纹样的不同来源及不同记录方式，可 将全息打印技术分类为合成全息体视图打印、计算 全息图打印与全息波前打印。合成全息体视图打印 中，首先利用真实相机或者计算机渲染技术得到三 -Virtual pupi 维场景的多视角图片，再将含有视角图片信息的物 光光束与参考光光束干涉，干涉纹样存储于全息记 (心)主全息图拍至转移全息图 (d)转移全息图的再现 录介质，全息体视图再现时，通过观察含有视差信息 (d)Re 的不同视角图片，进而产生立体感，视差会随着人眼 位置的移动而改变调。计算全息图打印中，利用计 图1两步转换法全息体视图的制作与再现 算机直接算出全息条纹 再将条纹加载至空间光调 with two-step m 器(Spatial light modulator.SLM0,投射至全息记 录介质后被直接记录州，可以得到各类薄的透射型 自20世纪90年代起，美国麻省理工学院(MT 全息图，如菲涅耳(Fresnel)全息图，彩虹全息图，像全 的媒体实验室与日本东京工业大学的成像科学与 良图及全息体视图等。被前打印中同样需要利用计 工程实验室固绕合成全息体视图展开了积极的研 算机算出全息图，但算法不同于计算全息图打印，而 究吗。为简化两步转换法的制作过程，分别提出 且可以获得反射式体全息图四。 无限远相机法-与单步Lippmann全息体视图打 全息打印技术发展迅速、应用广泛，文中将重点 印方法阿 介绍其基本原理、研究现状，以及其它相关内容。 无限远相机法的核心思想是将视角图片转换成 与视差相关的图片，当相机采样平面与全息记录平 1合成全息体视图打印 面足够远时，可近似认为进入全息单元的光线均为 平行光，变换过程相当于对一系列数组的操作，变换 1.1基本原理 原理如图2所示。假设共有sx(s=1,2,.,M,= 合成全息体视图打印最早由D.DeBitetto提 出四，并由M.C.Kig等人发展I。通过两步转换 Perspective images Parallax related images 法，可以得到虚实结合的全息图，即再现像或凸出于 1.2 全息记录介质显示，或显示于记录介质内部。两步转 换法全息体视图的制作与再现过程如图1所示 P同 在非相干条件下拍摄三维场景的多视角全视差图 像，并将它们的Fresnel全息图依次记录于全息单 (Holographic element,HogeI),为了分离孔径光阅平 =1.2M 1.2m 面与观察平面，主全息图(master hologram)需要通过 困2无限远相机法视角图片支换原理 像全息图的方式翻拍至转移全息图(transfer Fig.2 Transformation principle of perspective images in infinite hologram),这意昧着必须经过两次曝光。 riewpoint camera method 0406008-2
红外与激光工程 第 4 期 www.irla.cn 第 47 卷 0406008-2 0 引 言 全息术是一种基于光波干涉与衍射原理的真三 维显示技术，最早由 D. Gabor 提出并实现[1]。 近年 来，计算机技术与全息术结合得更加紧密，全息打印 技术得到了飞速发展，相比传统的光学全息，全息打 印技术可以将虚拟场景的三维信息存储于全息记录 介质，全息打印技术已被广泛应用于商业、军事、医 疗、广告业等领域[2-6]。 根据干涉纹样的不同来源及不同记录方式，可 将全息打印技术分类为合成全息体视图打印、 计算 全息图打印与全息波前打印。 合成全息体视图打印 中， 首先利用真实相机或者计算机渲染技术得到三 维场景的多视角图片， 再将含有视角图片信息的物 光光束与参考光光束干涉， 干涉纹样存储于全息记 录介质，全息体视图再现时，通过观察含有视差信息 的不同视角图片，进而产生立体感，视差会随着人眼 位置的移动而改变[7-8]。 计算全息图打印中，利用计 算机直接算出全息条纹， 再将条纹加载至空间光调 制 器 (Spatial Light Modulator，SLM)， 投 射 至 全 息 记 录介质后被直接记录[9-10]，可以得到各类薄的透射型 全息图，如菲涅耳(Fresnel)全息图、彩虹全息图、像全 息图及全息体视图等。 波前打印中，同样需要利用计 算机算出全息图，但算法不同于计算全息图打印，而 且可以获得反射式体全息图[11]。 全息打印技术发展迅速、应用广泛，文中将重点 介绍其基本原理、研究现状，以及其它相关内容。 1 合成全息体视图打印 1.1 基本原理 合成全息体视图打印最早由 D. J. DeBitetto 提 出[12]，并由 M. C. King 等人发展[13]。 通过两步转换 法，可以得到虚实结合的全息图，即再现像或凸出于 全息记录介质显示，或显示于记录介质内部。 两步转 换法全息体视图的制作与再现过程如图 1 所示[14]。 在 非 相 干 条 件 下 拍 摄 三 维 场 景 的 多 视 角 全 视 差 图 像，并将它们的 Fresnel 全息图依次记录于全息单元 (Holographic element，Hogel)， 为了分离孔径光阑平 面与观察平面，主全息图(master hologram)需要通过 像 全 息 图 的 方 式 翻 拍 至 转 移 全 息 图 (transfer hologram)，这意味着必须经过两次曝光。 (a) 主全息图的制作 (b) 主全息图的再现 (a) Production of master (b) Reconstruction of master hologram hologram (c) 主全息图翻拍至转移全息图 (d) 转移全息图的再现 (c) Reproduction of master hologram (d) Reconstruction of to transfer hologram transfer hologram 图 1 两步转换法全息体视图的制作与再现 Fig.1 Production and reconstruction of holographic stereogram with two-step method 自 20 世纪 90 年代起，美国麻省理工学院(MIT) 的 媒 体 实 验 室 与 日 本 东 京 工 业 大 学 的 成 像 科 学 与 工程 实 验 室 围 绕 合 成 全 息 体 视 图 展 开 了 积 极 的 研 究[15]。 为简化两 步 转 换 法 的 制 作 过 程 ，分 别 提 出 了 无 限 远 相 机 法 [16-17]与单步 Lippmann 全息体视图打 印方法[18-19]。 无限远相机法的核心思想是将视角图片转换成 与视差相关的图片， 当相机采样平面与全息记录平 面足够远时， 可近似认为进入全息单元的光线均为 平行光，变换过程相当于对一系列数组的操作，变换 原理如图 2 所示[14]。 假设共有 s×t(s=1，2，. ，M，t= 图 2 无限远相机法视角图片变换原理 Fig.2 Transformation principle of perspective images in infinite viewpoint camera method ChaoXing
超星·期刊 红外与激先工程 第4期 www irla cn 第47春 1,2,.,幅视角图片，每幅图片含有ix(i=1,2. 效果通过对有效视角图片段的拼接组合得到最然 m广户1,2，.，m个像素，视角图片矩阵表示为P》 的合成有效视角图片，该方法的图片处理方式简单 将所有视角图片矩阵相同位置处的像素提取出来组 且再现像的分排率较高。 成新的矩阵H(,),表示与视差相关的图片，全息体 视图再现像的分辨率等于全息单元的个数 单步Lippmann全息体视图打印方法中，用于全 息单元的躁光图片不是相机采样，而是通过视角投 影获得的，基本原理如图3所示。根据全息单元的 中心位置，将各物点依次投影至液品显示屏(LCD) (幻)单个虚拟全息单元对应的有效图片段的提取 投影时需要考虑空问物点的遮挡关系，移除消隐面 g to 全息图再现时，全息单元向各个方向衔射光线，与曝 signal virtual Hogel 光图片计算生成的方向相反，继而观察者将会感知 到三维场最。 a)母光图片的计算与生成 b光学打印系统 )多个虚救全息单元有效图片段拼接组合得到合成有效视角图 (a)Caultion of image (b)Opical p of t (b)Synthetic effective perspective image mosaicked by effective mages segments of multiple virtual Hogels printing system 图4基于EPSM算法的全息体视图原理 LCD Fig Principle of the EPISM based holo Scen 1.2合成全息体视图打印的研究现状 121大标面、大视场、无畸变的全息显示 MT团队对大幅面、大视场合成全息体视图的制 (c)三维场景的再现 作原理进行了研究，并对再现像中的透视畸变间题提 出了解决方案，提出了所谓的“超全息图"(Ultragram) 图3单步ippmann全息体视图剂作原理 改善了水平视差全息体视图的晴变特性可。S.A」 Fig3 Principle of th Benton等通过拼接全息单元实现了平方米级幅面的 stereogram method 全总显示 两步转换法过程复杂，且由于二次曝光时难以 俄罗斯学者A.Y.Z小herdev等从能量利用率利 获得大幅面的平行光，制作大尺寸的全息图较为困 视场角角度比较了传统的基于散射与折射原理的全 雄：采用无限远相机法与单步Lippmann全息体视图 息体视图打印系统，提出采用衍射透镜来扩大视场 打印方法时仅需要通过单次曝光，但前者的再现图 角，研制了复合全息透镜(Composite Holographic 像分辨率较低，特别是对于小幅面的全息图，后者的 Lens,CHIL)与振辐型衍射透镜(Amplitude Diffractive 图像处理过程较为复杂。笔者提出了一种基于有效 Lens,ADL).将这两种特殊的光学衍射透镜应用于 视角图片分割重组(Effective Perspective Images 全息打印，获得了120°视场角的全息体视图效果 Segmentation and mosaicking.EPISM)算法的全息体 在合成全息体视图打印系统中使用物镜、远心镜 视图打印方法，其基本原理如图4所示。根据光线 头等光学器件后，经SLM后的图像将会产生畸变四， 追迹原理和光路的可逆性模拟人眼的锥状放射观察 韩国学者J.Pak等讨论了图像畸变何题，模拟了径 0406008-3
红外与激光工程 第 4 期 www.irla.cn 第 47 卷 0406008-3 1，2，.，N)幅视角图片，每幅图片含有 i×j(i=1，2，.， m，j=1，2，.，n)个像素，视角图片矩阵表示为 Pst(i，j)， 将所有视角图片矩阵相同位置处的像素提取出来组 成新的矩阵 Hij(s，t)，表示与视差相关的图片，全息体 视图再现像的分辨率等于全息单元的个数。 单步 Lippmann 全息体视图打印方法中，用于全 息单元的曝光图片不是相机采样， 而是通过视角投 影获得的，基本原理如图 3 所示[14]。 根据全息单元的 中心位置， 将各物点依次投影至液晶显示屏(LCD)， 投影时需要考虑空间物点的遮挡关系，移除消隐面， 全息图再现时，全息单元向各个方向衍射光线，与曝 光图片计算生成的方向相反， 继而观察者将会感知 到三维场景。 (a) 曝光图片的计算与生成 (b) 光学打印系统 (a) Calculation of the exposing image (b) Optical setup of the printing system (c) 三维场景的再现 (c) Reconstruction of the hologram 图 3 单步 Lippmann 全息体视图制作原理 Fig.3 Principle of the single-step Lippmann holographic stereogram method 两步转换法过程复杂， 且由于二次曝光时难以 获得大幅面的平行光， 制作大尺寸的全息图较为困 难；采用无限远相机法与单步 Lippmann 全息体视图 打印方法时仅需要通过单次曝光， 但前者的再现图 像分辨率较低，特别是对于小幅面的全息图，后者的 图像处理过程较为复杂。 笔者提出了一种基于有效 视 角 图 片 分 割 重 组 (Effective Perspective Images′ Segmentation and Mosaicking，EPISM) 算法的全息体 视图打印方法[14]，其基本原理如图 4 所示。 根据光线 追迹原理和光路的可逆性模拟人眼的锥状放射观察 效果， 通过对有效视角图片段的拼接组合得到最终 的合成有效视角图片，该方法的图片处理方式简单， 且再现像的分辨率较高。 (a) 单个虚拟全息单元对应的有效图片段的提取 (a) Extraction of effective image segment corresponding to a signal virtual Hogel (b) 多个虚拟全息单元有效图片段拼接组合得到合成有效视角图片 (b) Synthetic effective perspective image mosaicked by effective images segments of multiple virtual Hogels 图 4 基于 EPISM 算法的全息体视图原理 Fig.4 Principle of the EPISM based holographic stereogram method 1.2 合成全息体视图打印的研究现状 1.2.1 大幅面、大视场、无畸变的全息显示 MIT 团队对大幅面、 大视场合成全息体视图的制 作原理进行了研究， 并对再现像中的透视畸变问题提 出了解决方案，提出了所谓的“超全息图”(Ultragram)， 改善了水平视差全息体视图的畸变特性[16-17]。 S. A. Benton 等通过拼接全息单元实现了平方米级幅面的 全息显示[20]。 俄罗斯学 者 A. Y. Zherdev 等 从 能 量 利 用 率 和 视场角角度比较了传统的基于散射与折射原理的全 息体视图打印系统， 提出采用衍射透镜来扩大视场 角 ， 研 制 了 复 合 全 息 透 镜 (Composite Holographic Lens，CHL)与振幅型衍射透 镜(Amplitude Diffractive Lens，ADL)， 将这两种特殊的光学衍射透镜应用于 全息打印，获得了 120°视场角的全息体视图效果[21]。 在合成全息体视图打印系统中使用物镜、远心镜 头等光学器件后，经 SLM 后的图像将会产生畸变[22]， 韩国学者 J. Park 等讨论了图像畸变问题，模拟了径 ChaoXing
超星·期刊 红外与激光工程 第4期 www irle on 第47飞 向暗变对于全视差全彩色自光可见全息体视图再现 料的动态范围四：后者是首先对全息单元进行空间 像效果的影响，并提出使用峰值信噪比(Peak Signal 分制，再对每个子区城进行某单色激光的噪光，由 to-Noise Ratio,PSNR)与结构相似度(Structural 记录密度的降低，采用该方法时RGB三色中的某色 Similarity,SSM)作为图像质量评判的标准- 衍射光强度将会下降至全单色全息单元光时的13 1.2.2打印效率 M.Yamaguchi团队提出了一种基于高密度光场 全息体视图打印时需要对全息单元进行逐点曝 重建的全视差全彩色全息显示方法并从角分辨 光，打印效率十分关健。俄罗斯学者A.V.Morozov 率、全息单元阵列结构的可见性等角度分析讨论了 等分析了全息打印总时间与全息单元尺计材料感 全息单元尺十对再现效果的影响结果表明当全息 光灵敏度，激光功率，噪光时间，静台时问、位移平台 单元尺寸为50mx50μm时，全息图可提供1.08°的 移动时间等因素之间的关系，提出了空间复用与时 角分辨率，满足人眼视觉系统的需求。 间复用的多全息单元打印技术，打印10cm×10cm 12.4成像质量 幅面全息图时，可以将传统打印方法所需的250min M.Lucente分析了水平视差全息体视图中全息 分别缩短到67min和32min 单元尺寸与精向分辨率之间的关系KH0g等提 哈尔滨师范大学的关承祥团队提出多通道全息 出采用全息单元交叠的方法提高全息体视图再现像 图记录的方法，将SLM分割成多个通道，采集到的 的分辨率，位移平台的移动间隔小于全息单元尺 多视角图片也相应分制成多幅子图，子图重新组合 寸，可叠加的最大全息单元数目取决于全息记录介 后加载至SLM的多个通道，多通道同时曝光，显著 质的动态范围，但是由于频谱混叠，这种硬交叠方式 减少了制作大幅面全息图所需的时间。 将会导致再现图像出现是状模糊。M.Yamaguchi团 日本的M.Yamaguchi团队采用透镜阵列，对 队提出在全息单元之前加入限带的散射膜来提高全 12个全息单元同时曝光，总的打印时间可缩短至传 息体视图的显示分辨率四，但是引入了一定的附加 统时间的1/10画。 声 相比连续激光器，脉冲激光器对于振动或者微 1.2.5衍射效率 小的温度变化并不敏感，屡光过程中静台时间可忽 全息图的衍射效率与许多因素有关，比如记录 路已有多位学者和公司采用脉冲激光器实现了合 介质特性，物光与参考光的光强比，物光及参考光的 成全息体税图的打印 偏振特性，及后续处理工艺等。当物光与参考光光 123备衫还师胜性 出接近1·】时全息图的衍射效果最佳。由于诱镜健 伴随新型全息感光材料的发展，近些年彩色反 里叶平面处物光的谱很窄，M.A.KIug等提出采 射全息图打印一直是研究的热点。浙江师范大学王 用伪随机散射膜来提高衍射效率。此外，在光学全 辉团队分析了反射全息图衍射效率随波长的变化规 息中，有学者从记录介质材料特性的角度出发，在材 律与色度学原理，提出了反射全息彩色 E维显示的 料内添加纳米颗粒，提高了全息图的衍射效半，这些 颜色系统，并对再现像颜色质量进行了评价。M 研究成果同样活用于合成全息体视图的打印。例如 Yamaguchi团队通过对再现光的光谱测量，提出了一 日本的N.Suzuki团队在光致聚合物中添加13nm 种适用于全彩色全息体视图打印的色彩管理方法 的二氧化硅纳米颗粒侧，显著降低了能量的散射损 司时讨论了照明光束角度的改变对色彩变化的影 失，获得了高对比度的折射率调制：清华大学的曹良 响，指出入射光在 定范围内变化时，特定的色仍 才团队在光致聚合物内添加金纳米颗粒-，有效 可以再现出来山。 地抑制了体全息光栅角度选择中的旁瓣衍射 根据记录材料的感光特性，制作彩色全息图时 (sidelobe diffraction),提高了全息图的衔射效率。 可采用多重噪光记录(muli-exposure)四或空间分制 1.2.6全息记录介质的发展 曝光(space-d击ivision exposure)1两种方法。前者是将 传统的全息记录材料包括银盐，重铬酸盐明鞍 三色激光(Red,Green and Blue,RGB)合成一束激光 及光致聚合物等。采用传统全息记录介质时，全息 后同时曝光于全息单元，记录的效果取决于感光材 图一旦被写入将无法更改，导致了高昂的成本，限制 0406008-4
红外与激光工程 第 4 期 www.irla.cn 第 47 卷 0406008-4 向畸变对于全视差全彩色白光可见全息体视图再现 像效果的影响，并提出使用峰值信噪比(Peak Signalto-Noise Ratio，PSNR) 与 结 构 相 似 度 (Structural Similarity，SSIM)作为图像质量评判的标准[22-23]。 1.2.2 打印效率 全息体视图打印时需要对全息单元进行逐点曝 光，打印效率十分关键。 俄罗斯学者 A. V. Morozov 等分析了全息打印总时间与全息单元尺寸、 材料感 光灵敏度、激光功率、曝光时间、静台时间、位移平台 移动时间等因素之间的关系， 提出了空间复用与时 间复用的多全息单元打印技术， 打印 10 cm×10 cm 幅面全息图时，可以将传统打印方法所需的 250 min 分别缩短到 67 min 和 32 min[24]。 哈尔滨师范大学的关承祥团队提出多通道全息 图记录的方法，将 SLM 分割成多个通道，采集到的 多视角图片也相应分割成多幅子图， 子图重新组合 后加载至 SLM 的多个通道，多通道同时曝光，显著 减少了制作大幅面全息图所需的时间[25]。 日 本 的 M. Yamaguchi 团 队 采 用 透 镜 阵 列 ， 对 12个全息单元同时曝光， 总的打印时间可缩短至传 统时间的 1/10[26]。 相比连续激光器， 脉冲激光器对于振动或者微 小的温度变化并不敏感， 曝光过程中静台时间可忽 略， 已有多位学者和公司采用脉冲激光器实现了合 成全息体视图的打印[27-29]。 1.2.3 色彩还原特性 伴随新型全息感光材料的发展， 近些年彩色反 射全息图打印一直是研究的热点。 浙江师范大学王 辉团队分析了反射全息图衍射效率随波长的变化规 律与色度学原理， 提出了反射全息彩色三维显示的 颜色系统，并对再现像颜色质量进行了评价[30]。 M. Yamaguchi 团队通过对再现光的光谱测量，提出了一 种适用于全彩色全息体视图打印的色彩管理方法， 同 时 讨 论 了 照 明 光 束 角 度 的 改 变 对 色 彩 变 化 的 影 响，指出入射光在一定范围内变化时，特定的颜色仍 可以再现出来[31]。 根据记录材料的感光特性， 制作彩色全息图时 可采用多重曝光记录(multi-exposure)[32]或空间分 割 曝光(space-division exposure)[31]两种方法。 前者是将 三色激光(Red, Green and Blue，RGB)合成一束激光 后同时曝光于全息单元， 记录的效果取决于感光材 料的动态范围[33]；后者是首先对全息单元进行空 间 分割，再对每个子区域进行某单色激光的曝光，由于 记录密度的降低，采用该方法时 RGB 三色中的某色 衍射光强度将会下降至全单色全息单元曝光时的 1/3。 M. Yamaguchi 团队提出了一种基于高密度光场 重建的全视差全彩色全息显示方法[34]，并从角分 辨 率、 全息单元阵列结构的可见性等角度分析讨论了 全息单元尺寸对再现效果的影响， 结果表明当全息 单元尺寸为 50 μm×50 μm 时，全息图可提供 1.08°的 角分辨率，满足人眼视觉系统的需求。 1.2.4 成像质量 M. Lucente 分析了水平视差全息体视图中全息 单元尺寸与横向分辨率之间的关系[35]。K. Hong 等提 出采用全息单元交叠的方法提高全息体视图再现像 的分辨率[36]，位移平台的移动间隔小于全息单元尺 寸， 可叠加的最大全息单元数目取决于全息记录介 质的动态范围，但是由于频谱混叠，这种硬交叠方式 将会导致再现图像出现晕状模糊。 M. Yamaguchi 团 队提出在全息单元之前加入限带的散射膜来提高全 息体视图的显示分辨率[37]，但是引入了一定的附加 噪声。 1.2.5 衍射效率 全息图的衍射效率与许多因素有关， 比如记录 介质特性，物光与参考光的光强比，物光及参考光的 偏振特性，及后续处理工艺等。 当物光与参考光光强 比接近 1:1 时，全息图的衍射效果最佳。 由于透镜傅 里叶平面处物光的频谱很窄，M. A. Klug 等提出采 用伪随机散射膜来提高衍射效率[38]。 此外，在光学全 息中，有学者从记录介质材料特性的角度出发，在材 料内添加纳米颗粒，提高了全息图的衍射效率，这些 研究成果同样适用于合成全息体视图的打印。 例如 日 本 的 N. Suzuki 团 队 在 光 致 聚 合 物 中 添 加 13 nm 的二氧化硅纳米颗粒[39]，显著降低了能量的散射损 失，获得了高对比度的折射率调制；清华大学的曹良 才团队在光致聚合物 内添加金纳米颗粒[40-41]，有 效 地 抑 制 了 体 全 息 光 栅 角 度 选 择 中 的 旁 瓣 衍 射 (sidelobe diffraction)，提高了全息图的衍射效率。 1.2.6 全息记录介质的发展 传统的全息记录材料包括银盐、 重铬酸盐明胶 及光致聚合物等[4]。 采用传统全息记录介质时，全息 图一旦被写入将无法更改，导致了高昂的成本，限制 ChaoXing
超星·期刊 红外与激先工程 第4期 www irla cn 第47卷 了其使用靠围因此学考们致力干研穷可刷新的 模网[。全息体祥图角进调控特性的研家能够有效 全息记录介质。美国的N.Peyghambarian团队将基 地指导全息打印系统的参数设计，提高打印质量 于全息单元的全息体视图直接写入光折变材料，实 1,2.9典型光学打印系统及全息图实例 现了每2s可动态刷新的全息体视图-。日本的 目前除实：验室研究以外，世界范围内主要有关 N,Tsutsumi团队在聚合物中添加特殊的有机化合 国的Zebra Imaging、欧洲的Geola和XYZ Imaging 物，提高了可刷新记录介质的响应时间及衍射效 三家公司从事并提供与全息打印有关的商业服务 率。上海大学的高洪跃团队研制了行射效率可 Zebra Imaging公司是由MT媒体实验室的科学家们 达90%的永久性光致聚合物记录材料m-可，他们团 创立，早已实现高质量的全息体视图打印.自2006年 队同样也进行动态全息三维显示方面的研究 起陆续为美军提供了数万张全息地图，图5为 12.7 声去除 Zebra Imaging公司制作的全息地图。英国的D 合成全息体视图打印时，由于使用振动隔离的 Brotherton-Ratcliffe等将脉冲激光器作为光源，研究 光学平台，影响全息打印效果的环境噪声主要来源 了合成全息图的自动拍摄技术，Geola公司与XY☑ 于全息单元逐点曝光时位移平台的机械移动，为提 1 naging公司合作.生产出了能够自动打印不同规 高打印系统抵抗环境噪声的鲁棒性，韩国的B.Le 格、高质量、真彩色全息图的激光全息打印机，第 团队采用振动隔离算法设计了可最大限度降低环境 代RGB三色脉冲激光全息打印机及打印的全息图 燥声影响的打印系统酬。 如图6所示 日本的M.Yamaguchi团队研究了散斑噪声对 全息再现效果的影响四，全息体视图打印时采用散 射膜可以均衡光场的强度分布，但不可避免地引人 散斑噪声，M.Yamaguchi等提出采用移动散射膜来降 低颗粒噪声，采用多次屡光的方法来降低高频噪声 2g频率响应特性分析 全息体视图系统是一种光学系统，若仅从儿何 光学角度对住分折研穷推以深入理解系统的工作 图5 Zebra Imaging公司制作的全息地图 机理，有学者从角谱的角度出发，建立全息单元的角 Fig.5 Holographic map roduced by Zebra Imag 谱调控模型，分析其调控机理，研究其频率响应特 性。P.SL.Hilaire等构建了水平祝差像面全息体视 图的调制传递函数(MT),讨论了在狭缝平面固定深 街物占的优化采样问题1新加坡南洋理工大学的 L.E.Helseth考察了三维显示系统的光学传递函数 (OTF),给出了人眼的斯泰尔斯-克劳福德效应 (Stiles-Crawford effect)对光学传递函数的影响到。草 图62001 年Ge公司生产的第一代RGB三色脉冲激光全 者分析了波前误差对全息体视图再现效果的影响 打印机(a)与打印的全息图b) 针对传统全息体视图普油采用的矩形光暗存在的颗 Fig.6 The first RGB pulsed-laser holographic printer madd 谱泄露问题，提出采用截新孔径的高斯和布莱克曼 by Geoa n01(a)and the printed bologram(b) 函数作为全息体祝图系统的出瞳函数，在中像差条 1.3讨论 件下，利用光学传递函数对出瞳尺寸进行优化，获得 合成全息体视图打印时不需要进行复杂的衍射 了三种出瞳函数的最优尺寸 截断孔径高斯光瞳和 计算，但不同于传统的光学全息，该打印系统仅仅产 布莱克曼光瞳能有效地改善全息体视图系统的颗 生场景的二维视差图像，不能够正确地重构物体的 率响应特性。北京邮电大学的桑新柱教授团队建立 完整波前信息，特别是其相位信息，从而导致全息体 了利用全息功能屏实现多视差显示的光学传递函数 视图的再现质量受到影响，会聚一调节矛盾 0406008-5
红外与激光工程 第 4 期 www.irla.cn 第 47 卷 了其使 用 范 围 ，因 此 ，学 者 们 致 力 于 研 究 可 刷 新 的 全息记录介质。 美国的 N. Peyghambarian 团队将基 于全息单元的全息体视图直接写入光折变材料，实 现了每 2 s 可动态刷新的全息体视图[ 42-43]。 日本的 N.Tsutsumi 团 队 在 聚 合 物 中 添 加 特 殊 的 有 机 化 合 物 ， 提 高 了 可 刷 新 记 录 介 质 的 响 应 时 间 及 衍 射 效 率 [44-45]。 上海大学的高洪跃团队研制了衍射效率可 达 90％的永久性光致聚合物记录材料[46-47]，他们 团 队同样也进行动态全息三维显示方面的研究[48]。 1.2.7 噪声去除 合成全息体视图打印时， 由于使用振动隔离的 光学平台， 影响全息打印效果的环境噪声主要来源 于全息单元逐点曝光时位移平台的机械移动， 为提 高打印系统抵抗环境噪声的鲁棒性， 韩国的 B. Lee 团队采用振动隔离算法设计了可最大限度降低环境 噪声影响的打印系统[49]。 日 本 的 M. Yamaguchi 团 队 研 究 了 散 斑 噪 声 对 全息再现效果的影响[37]，全息体视图打印时采用散 射膜可以均衡光场的强度分布， 但不可避免地引入 散斑噪声，M. Yamaguchi 等提出采用移动散射膜来降 低颗粒噪声，采用多次曝光的方法来降低高频噪声。 1.2.8 频率响应特性分析 全息体视图系统是一种光学系统， 若仅从几何 光学角度对其分析研究， 难以深入理解系统的工作 机理，有学者从角谱的角度出发，建立全息单元的角 谱调控 模 型 ，分 析 其 调 控 机 理 ，研 究 其 频 率 响 应 特 性[50]。 P. St. Hilaire 等构建了水平视差像面全息体视 图的调制传递函数(MTF)，讨论了在狭缝平面固定深 度物点的优化采样问题[51]。 新加坡南洋理工大学的 L. E. Helseth 考察了三维显示系统的光学传递函数 (OTF)， 给 出 了 人 眼 的 斯 泰 尔 斯 - 克 劳 福 德 效 应 (Stiles-Crawford effect)对光学传递函数的影响[52]。 笔 者分析了波前误差对全息体视图再现效果的影响[53]， 针对传统全息体视图普遍采用的矩形光瞳存在的频 谱泄露问题， 提出采用截断孔径的高斯和布莱克曼 函数作为全息体视图系统的出瞳函数， 在中像差条 件下，利用光学传递函数对出瞳尺寸进行优化，获得 了三种出瞳函数的最优尺寸， 截断孔径高斯光瞳和 布莱克曼光瞳能够有效地改善全息体视图系统的频 率响应特性。 北京邮电大学的桑新柱教授团队建立 了利用全息功能屏实现多视差显示的光学传递函数 模型[54]。 全息体视图角谱调控特性的研究能够有效 地指导全息打印系统的参数设计，提高打印质量。 1.2.9 典型光学打印系统及全息图实例 目前，除实验室研究以外，世界范围内主要有美 国 的 Zebra Imaging、 欧 洲 的 Geola 和 XYZ Imaging 三家公司从事并提供与全息打印有关的商业服务[4]。 Zebra Imaging 公司是由 MIT 媒体实验室的科学家们 创立，早已实现高质量的全息体视图打印，自 2006 年 起 陆 续 为 美 军 提 供 了 数 万 张 全 息 地 图 [ 55 ] ， 图 5 为 Zebra Imaging 公 司 制 作 的 全 息 地 图 。 英 国 的 D. Brotherton-Ratcliffe 等将脉冲激光器作为光源， 研究 了合成全息图的自动拍摄 技 术 ，Geola 公 司 与 XYZ Imaging 公司合作， 生产出了能够自动打 印不同规 格、高质量、真彩色全息图的激光全息打印机，第一 代 RGB 三色脉冲激光全息打印机及打印的全息图 如图 6 所示[4,27,56]。 图 5 Zebra Imaging 公司制作的全息地图 Fig.5 Holographic map produced by Zebra Imaging Inc 图 6 2001 年 Geola 公司生产的第一代 RGB 三色脉冲激光全息 打印机(a)与打印的全息图(b) Fig.6 The first RGB pulsed-laser holographic printer made by Geola in 2001 (a) and the printed hologram (b) 1.3 讨 论 合成全息体视图打印时不需要进行复杂的衍射 计算，但不同于传统的光学全息，该打印系统仅仅产 生场景的二维视差图像， 不能够正确地重构物体的 完整波前信息，特别是其相位信息，从而导致全息体 视 图 的 再 现 质 量 受 到 影 响 ， 会 聚 - 调 节 矛 盾 0406008-5 ChaoXing
超星·期刊 红外与激光工程 第4期 www irle on 第7飞 vergence-accommodation conflicts)泛存在于全息 字光得，用来控制再现光的衍射方向，并应于再现 体视图显示系统中，即双目的会聚距离根据空间物 平面上特定的空间频谱。在光学全息及基于干涉算 点的位置而改变。但调节距离始终固定在会息体视 法的计算全息图中面理师善是连续的姚而基干所 图平面上，这将导致观察者的不适与视觉疲劳网。同 射条纹算法的全息图中再现频谱是离散的。笔者采 时，由于合成全息体视图制作过程中需要物光光束 用该方法快速生成了三维场景的全视差全息体视 与参考光光束的相互干涉，极其细微的振动都可能 图，并进行了SM下的光学再现实验。由于立体 导致条纹记录失败，因此，在使用非脉冲激光器时 视觉效果来源于视差图像，会聚-调节矛盾同样存在 与光学全息相同，合成全息体视图打印系统对于振 于传统的基于衍射条纹的计算全息体视图当中，为 动隔离有着较高的要求 克服该不足，可在基元全息图的计算过程中加人相 位因子，进而获得具有深度信息的全息单元，基于衍 2计销全自图打和 射条纹算法的全息体视图将被应用于计算全息图打 2.1基本原理 印中 随者计算机技术的发展，许多学者进行了计算 22计算全息图打印的研究现状 全息图打印的研究。不同于合成全息体视图打印，计 2.2.1分辨率匹配 算全息图打印中采用计算机编码技术替代传统的物 计算全息图打印时，为避免计算全息图缩印至 理干涉过程，直接得到计算全息图(Compute 全息记录介质过程中成像质量的下降，必须考虑系 Generated hologram,CGH)。首先利用计算机生成全 统的分辨率匹配问题。 考虑到多级再现像的混叠以 自条纹再将全息条纹分划成若干个子全自图加 及图像的失真，笔者进行了计算全息图生成与打印 载至SLM,经过成像镜头后，子全息图被缩印至全 过程的分辨率匹配算法研究，并提出采用双远心镜 息记录介质。计算全息图打印系统又可称为直接条 头减少图像的失直圆。王辉团队设计了计算全息图 纹打印系统，全息打印时可以记录三维场景准确的 自动缩印系统，讨论了计算全息图与打印系统参数 深度信息，全息图再现时可以还原出完整的波前 之间的关系国。 因此能够克服合成全息体视图打印中存在的会聚一 2.2.2成像质量 调节矛盾网」 在三维全息显示中，日本东京工业大学的K 计算全息图打印仅能够制作薄的透射型全息 Wakunami团队指出全息体视图再现时图像的分辨 图，但不限于透射型全息图的类型，如彩虹全息图 案受到空间采样、角采样和全息单元衍射效应的共 像全息图，Fresnel全息图与全息体视图等。传统 同影响，距全息面越远时，图像的分辨率下降越明 的计算全息图生成算法句括基于干涉的方法与多视 显，于是提出了线采样(Ray-Sampling,RS)平面算 角投影法，不足之处在于获取三维场景的深度 法，在三维场景附近设置一个虚拟的采样平面根据 数据较为困难，巨大的数据量对于全息图生成算法 角谱理论，视差图像由虚拟采样平面传递到全息平 以及i记录介质的空间带宽积(Space.Bandwidth 面时可通过傅里叶变换得到波前，且该过程中图像 Product,SBP)提出了苛刻要求，同时，由于三维显示 的分辨率不会下降圆。笔者在K.Wakunami的研究 的分辨率远超于人眼的分排能力，造成了信息的浪 基础上定量分析了虚拟采样平面与三维场景之间的 费，M.Lucente于19g4年提出了基于特定衍射条纹 准确位置关系，确定了采样平面的位置和全息单元 (diffraction-specific fringe)的计算全息体视图算法s 的最佳尺寸网 并将其应用于实时显示当中。基于衍射条纹的全息 223全息体现图相位调控特性的研究 体视图算法中，当再现平面与全息体视图平面的距 相比合成全息体视图无法重构三维场景完整波 离满足夫狼和费(Fraunhofer)衍射条件时，可将再现 前信息的不足，在计算全息中可以构建全息单元的 平面视为全息单元的频谱面，全息休视图平面被空 相位调控模型，分析全息单元对于相位的调控机制 间采样，再现平面被角谱采样，全息单元由若干个基 和特性，进而对全息单元进行优化设计，实现主动相 元全息图组成，基元全息图被设计为不同频率的数 位调控以解决合成全息体视图打印中的会聚一调节 0406008-G
红外与激光工程 第 4 期 www.irla.cn 第 47 卷 0406008-6 (vergence-accommodation conflicts) 广泛存在 于 全 息 体视图显示系统中， 即双目的会聚距离根据空间物 点的位置而改变， 但调节距离始终固定在全息体视 图平面上，这将导致观察者的不适与视觉疲劳[57]。 同 时， 由于合成全息体视图制作过程中需要物光光束 与参考光光束的相互干涉， 极其细微的振动都可能 导致条纹记录失败，因此，在使用非脉冲激光器时， 与光学全息相同， 合成全息体视图打印系统对于振 动隔离有着较高的要求。 2 计算全息图打印 2.1 基本原理 随着计算机技术的发展， 许多学者进行了计算 全息图打印的研究。 不同于合成全息体视图打印，计 算全息图打印中采用计算机编码技术替代传统的物 理 干 涉 过 程 ， 直 接 得 到 计 算 全 息 图 (ComputerGenerated Hologram，CGH)。 首先利用计算机生成全 息条纹， 再将全息条纹分割成若干个子全息图，加 载至 SLM，经过成像镜 头后，子全息图被缩印 至 全 息记录介质。 计算全息图打印系统又可称为直接条 纹打印系统，全息打印时可以记录三维场景准确的 深度信息， 全息图再现时可以还原出完整的波前， 因此能够克服合成全息体视图打印中存在的会聚- 调节矛盾[ 9]。 计 算 全 息 图 打 印 仅 能 够 制 作 薄 的 透 射 型 全 息 图，但不限于透射型全息图的类型，如彩虹全息图、 像全息图、Fresnel 全息图与全息体视图等[58-61]。 传统 的计算全息图生成算法包括基于干涉的方法与多视 角投影法[62-63]，不足之处在于获取三维场 景的深 度 数据较为困难， 巨大的数据量对于全息图生成算法 以 及 记 录 介 质 的 空 间 带 宽 积 (Space-Bandwidth Product，SBP)提出了苛刻要求，同时，由于三维显示 的分辨率远超于人眼的分辨能力， 造成了信息的浪 费[64]。M. Lucente 于 1994 年提出了基于特定衍射条纹 (diffraction-specific fringe)的计算全息体视图算法[35]， 并将其应用于实时显示当中。 基于衍射条纹的全息 体视图算法中， 当再现平面与全息体视图平面的距 离满足夫琅和费(Fraunhofer)衍射条件时，可将再现 平面视为全息单元的频谱面， 全息体视图平面被空 间采样，再现平面被角谱采样，全息单元由若干个基 元全息图组成， 基元全息图被设计为不同频率的数 字光栅，用来控制再现光的衍射方向，并对应于再现 平面上特定的空间频谱。 在光学全息及基于干涉算 法的计算全息图中，再现频谱是连续的，然而基于衍 射条纹算法的全息图中再现频谱是离散的。 笔者采 用 该 方 法 快 速 生 成 了 三 维 场 景 的 全 视 差 全 息 体 视 图，并进行了 SLM 下的光学再现实验[64]。 由于立体 视觉效果来源于视差图像，会聚-调节矛盾同样存在 于传统的基于衍射条纹的计算全息体视图当中，为 克服该不足， 可在基元全息图的计算过程中加入相 位因子，进而获得具有深度信息的全息单元，基于衍 射条纹算法的全息体视图将被应用于计算全息图打 印中。 2.2 计算全息图打印的研究现状 2.2.1 分辨率匹配 计算全息图打印时， 为避免计算全息图缩印至 全息记录介质过程中成像质量的下降， 必须考虑系 统的分辨率匹配问题。 考虑到多级再现像的混叠以 及图像的失真， 笔者进行了计算全息图生成与打印 过程的分辨率匹配算法研究， 并提出采用双远心镜 头减少图像的失真[65]。 王辉团队设计了计算全息图 自动缩印系统， 讨论了计算全息图与打印系统参数 之间的关系[66]。 2.2.2 成像质量 在三维全息显示中 ， 日 本 东 京 工 业 大 学 的 K. Wakunami 团队指出全息体视图再现时图像的分辨 率受到空间采样、 角采样和全息单元衍射效应的共 同影 响 ，距 全 息 面 越 远 时 ，图 像 的 分 辨 率 下 降 越 明 显[67]，于 是 提 出 了 线 采 样(Ray-Sampling，RS)平 面 算 法，在三维场景附近设置一个虚拟的采样平面，根据 角谱理论， 视差图像由虚拟采样平面传递到全息平 面时可通过傅里叶变换得到波前， 且该过程中图像 的分辨率不会下降[68]。 笔者在 K. Wakunami 的研究 基础上定量分析了虚拟采样平面与三维场景之间的 准确位置关系， 确定了采样平面的位置和全息单元 的最佳尺寸[69]。 2.2.3 全息体视图相位调控特性的研究 相比合成全息体视图无法重构三维场景完整波 前信息的不足， 在计算全息中可以构建全息单元的 相位调控模型， 分析全息单元对于相位的调控机制 和特性，进而对全息单元进行优化设计，实现主动相 位调控以解决合成全息体视图打印中的会聚-调节 ChaoXing
超星·期刊 红外与激先工程 第4期 www.irla.cn 第47卷 矛居该研究成果应用干计算全息体视图打印中 D.M.Hoffman等研究了会聚-调节矛盾引起不适以 及视觉疲劳的原因两。T.Shibata等通过实验给出了 立体显示中由于会聚一调带矛质导致的不活风域的 定义，分析了不适区域与观察距离之间的关系回 M.Yamaguchi等提出在全息图中加入近似的相位信 息来增强全息图的深度表现能力，并不断改进算 nhic plate 法，提高精度与速度-。清华大学的张浩等采用点 源法与全息体视图相结合的计算全息方法，实现了 图7H.Yoshikawa树队研制的计算全息图打印系统原理图(a) 能够提供正确的会聚与调节特性的全视差全息体祸 彩虹全息图再现效果(b)和Fresnel全息图再现效果 图问，但由于采用了物理干涉的原理，其计算量大、 Fig.of the hologram printin 运算速度慢，继而他们又采用逆向菲涅耳衍射思想 system proposed by H.Yoshikawa's group(a). 的分层全息体视图算法，得到了包含三维场景准确 ostructed image of computer-generated rainbow hologram(b).and reconstructed image of computer 深度信息的全息图，由于使用了快速傅里叶变换 (FT)算法，运算速度大为提高 笔者也在改善全息 体视图成像质量上进行了相关研究 浙江师范大学的王辉团队设计了一种计算机制 超视图(Super Multi-View,SMW)是解决全息体 彩虹全息图打印系统，首先基于条致投影与反射 视图中会聚-调节矛盾的另一种方法m-。当视点之 的方法获取真三维场景信息，再将信息编码至计算 间的间隔小于人眼瞳孔的直径时，不同的视差图像 全息图，计算机制彩虹全息图打印系统与全息图再 能够同时进入单眼的瞳孔，从而产生单目立体图像 现效果如图8所示。 进而部分解决会聚-调节矛盾问题。但是税差图像的 (a) 大量增加会导致计算量的增加和数据处理时间的增 加，使全息体视图相对于传统计算全息技术的优势 不复存在。 22.4典型光学打印系统及全息图实例 日本学者在计算全息图打印领城进行了长期研 闲8王解团队研制的老虹全息图打印系统()与彩虹全 究四。日本大学的H.Yoshikawa团队设计了如图7(a】 再现效果b 所示的计算全息图打印系统网，包括控制系统与光 Fig.8 Setup of the computer-generated rainbow hologram printing 学系统两部分控制系统由X-y方向位移平台与快 system made by H.Wang group(a).and reconstructed 门组成，计算全息图被依次加载至SLM,经L与L 组成的微缩系统后被曝光记录于全息干板，由计算 2.3讨论 机协调控制位移平台的运动、快门的开闭，以及计算 计算全息图打印可记录与再现三维场景的准确 全息图片的加载更新。该系统可实现0.44m像素间 深度信息，解决合成全息体视图打印中存在的会聚 隔的计算全息图打印.采用该系统打印的彩虹全息图 调节矛盾，由于不需要物光光束与参考光光束的物 与Fresnel全息图国的再现结果如图7(b)与图7(c) 理干涉打印系统对振动隔离的要求并不高。但县计 所示。H.Yoshikawa团队还完成了计算机制柱面全 算全息图打印系统需要成像镜头与全息记录介质之 息图(computer-generated cylindrical hologram),计算 间的精确对焦，稍有偏差，干涉纹样的打印质量将会 机制圆盘全息图(computer-generated disk hologram)网 大大下降，再现效果会大打折扣：计算全息图打印无 计算机制像全息图(computer-generated image 法实现可白光再现的反射全息，观察效果受到局限 hologram)网，以及计算机制局部柱面全息图 同时，即便采用了多种改进型算法，生成计算全息图 (computer-generated alcove hologram)的打印圈。 时仍需要较大的计算量」 0406008-
红外与激光工程 第 4 期 www.irla.cn 第 47 卷 矛盾，该研究成果可应用于计算全息体视图打印中。 D. M. Hoffman 等研究了会聚-调节矛盾引起不适以 及视觉疲劳的原因[70]。 T. Shibata 等通过实验给出了 立体显示中由于会聚-调节矛盾导致的不适区域的 定义， 分析了不适区域与观察距离之间的关系[71]。 M. Yamaguchi 等提出在全息图中加入近似的相位信 息来增强全息图的深度表现能力[72]，并不断改进 算 法，提高精度与速度[73-74]。 清华大学的张浩等采用点 源法与全息体视图相结合的计算全息方法， 实现了 能够提供正确的会聚与调节特性的全视差全息体视 图[75]，但由于采用了物理干涉的原理，其计算量大、 运算速度慢， 继而他们又采用逆向菲涅耳衍射思想 的分层全息体视图算法， 得到了包含三维场景准确 深度信息的全息图[76]，由于使用了快速傅里叶变换 (FFT)算法，运算速度大为提高。 笔者也在改善全息 体视图成像质量上进行了相关研究[64]。 超视图(Super Multi-View，SMV)是解决全息体 视图中会聚-调节矛盾的另一种方法[77-78]。 当视点之 间的间隔小于人眼瞳孔的直径时， 不同的视差图像 能够同时进入单眼的瞳孔，从而产生单目立体图像， 进而部分解决会聚-调节矛盾问题。 但是视差图像的 大量增加会导致计算量的增加和数据处理时间的增 加， 使全息体视图相对于传统计算全息技术的优势 不复存在。 2.2.4 典型光学打印系统及全息图实例 日本学者在计算全息图打印领域进行了长期研 究[9]。 日本大学的 H. Yoshikawa 团队设计了如图 7(a) 所示的计算全息图打印系统[79]，包括控制系统与光 学系统两部分，控制系统由 X-Y 方向位移平台与快 门组成，计算全息图被依次加载至 SLM，经 L3 与 L4 组成的微缩系统后被曝光记录于全息干板， 由计算 机协调控制位移平台的运动、快门的开闭，以及计算 全息图片的加载更新。 该系统可实现 0.44μm 像素间 隔的计算全息图打印，采用该系统打印的彩虹全息图[80] 与 Fresnel 全息图[ 58]的再现结果如图 7 (b)与 图 7 (c) 所示。 H. Yoshikawa 团队还完成了计算机制柱面全 息图(computer-generated cylindrical hologram)[81]，计算 机制圆盘全息图(computer-generated disk hologram)[82]， 计 算 机 制 像 全 息 图 (computer-generated image hologram) [59]， 以 及 计 算 机 制 局 部 柱 面 全 息 图 (computer-generated alcove hologram)的打印[83]。 图 7 H. Yoshikawa 团队研制的计算全息图打印系统原理图 (a), 彩虹全息图再现效果 (b)和 Fresnel 全息图再现效果 (c) Fig.7 Schematic of the computer-generated hologram printing system proposed by H. Yoshikawa′s group(a), reconstructed image of computer-generated rainbow hologram(b), and reconstructed image of computergenerated Fresnel hologram(c) 浙江师范大学的王辉团队设计了一种计算机制 彩虹全息图打印系统[84]，首先基于条纹投影与反射 的方法获取真三维场景信息， 再将信息编码至计算 全息图， 计算机制彩虹全息图打印系统与全息图再 现效果如图 8 所示。 图 8 王辉团队研制的彩虹全息图打印系统(a)与彩虹全息图 再现效果(b) Fig.8 Setup of the computer-generated rainbow hologram printing system made by H. Wang group(a), and reconstructed image of rainbow hologram(b) 2.3 讨 论 计算全息图打印可记录与再现三维场景的准确 深度信息，解决合成全息体视图打印中存在的会聚- 调节矛盾， 由于不需要物光光束与参考光光束的物 理干涉，打印系统对振动隔离的要求并不高。 但是计 算全息图打印系统需要成像镜头与全息记录介质之 间的精确对焦，稍有偏差，干涉纹样的打印质量将会 大大下降，再现效果会大打折扣；计算全息图打印无 法实现可白光再现的反射全息，观察效果受到局限； 同时，即便采用了多种改进型算法，生成计算全息图 时仍需要较大的计算量。 0406008-7 ChaoXing
超星·期刊 红外与激光工程 多4南 www.irla cn 第47卷 3全息波前打印 3.1基本原理 由于体全息的干涉纹样三维结构复杂，计算全 息图打印无法制作可白光再现的反射全息图，面合 成全息体视图打印无法准确记录与再现三维场景的 深度信息，因此H.Yoshik wa团队提出了全息波前 图9全息被前打印系统.记录微箭后的+1级物光被前衍射光 打印圈，全息波前打印是合成全息体视图打印与计 ()与会聚的+1钱物光波前衍射光(b) 算全息图打印的综合。在计算全息图打印中，基元全 Fig. 息图是被直接缩印至全息记录介质，而全息波前打印 order of the object field (a)and with converging diffracte first order of the object field (b) 中，基元全息图经过衍射成像后，物光波前传播到全 息记录介质并与参考光干涉形成布拉格层而被记录。 3.2典型光学打印系统及全息图实例 全息波前打印的基本原理是从计算全息图中产 图10(a)为含有4f结构的波前打印系统，T. 生包含三维场景信息的光线m,假设三维场景位于 Yamaguchi团队采用该系统完成了全息图的打印，再 全息平面，由多个自发光物点组成全息平面被等问 现效果如10(b)所示，该全息图含有42x60个全息单 隔分割成多个虚拟窗口 各虚拟窗口分别对应 元，全息图幅面84mm×84mm,水平和垂直方向视 基元全息图，如果物点发出的光线能够通过虚拟窗 场角分别为16与0 口到达基元全息图，则该基元全息图将记录这个物 点的信息。存在两种典型的基元全息图生成算法 种是无透镜傅里叶全息图(lensless Fourier hologram) Spatial filter I 算法，另一种是相位的快速体视图(Fast P%ased Added Stereogram,FPAS)算法国，为获得三维场景的 波前信息，它们各自对应的打印系统是不同的，如 图9所示，前者是记录微缩后的+1级物光波前衍射 光（图9(a),后者是记录会聚的+1级物光波前衍射 光（图9b)。 加图0所示将计算后的基元全自图加线 SLM,并被平行光垂直照明，衍射光波经透镜组 (Lens1与Lens2)后与参考光干涉，在Lens1的后 焦面处放置空间滤波器，去除不需要的光被成分 如-1级衍射光和0级透射光，最终将在全息记录介 质上形成干涉纹样，记录三维场景的波前信息。而 图9(b)中，采用一4系统对+1级衍射光成像，并使 用透镜Lens3将光波会聚至全息记录介质。H.Kang 等详细对比分析了以上两种打印系统的不同特性， 如视场角，SBP等。 图10T.Yamaguct址团队提出的含有4系统的被前打印系统 (a)和全息图的不时视角再现效果(b) is 10 Schematic of the system proposed by T.Yamaguchi's group (a)an reconstructed images of the hologram from differen viewpoints (b)
红外与激光工程 第 4 期 www.irla.cn 第 47 卷 3 全息波前打印 3.1 基本原理 由于体全息的干涉纹样三维结构复杂， 计算全 息图打印无法制作可白光再现的反射全息图， 而合 成全息体视图打印无法准确记录与再现三维场景的 深度信息，因此 H. Yoshikawa 团队提出了全息波前 打印[85]，全息波前打印是合成全息体视图打印与计 算全息图打印的综合。 在计算全息图打印中，基元全 息图是被直接缩印至全息记录介质，而全息波前打印 中，基元全息图经过衍射成像后，物光波前传播到全 息记录介质并与参考光干涉形成布拉格层而被记录。 全息波前打印的基本原理是从计算全息图中产 生包含三维场景信息的光线[86]，假设三维场景位于 全息平面，由多个自发光物点组成，全息平面被等间 隔分割成多个虚拟窗口， 各虚拟窗口分别对应一幅 基元全息图， 如果物点发出的光线能够通过虚拟窗 口到达基元全息图， 则该基元全息图将记录这个物 点的信息。 存在两种典型的基元全息图生成算法，一 种是无透镜傅里叶全息图(lensless Fourier hologram) 算 法[ 85]，另 一 种 是 相 位 的 快 速 体 视 图(Fast PhasedAdded Stereogram，FPAS)算法[86]，为获得三维场景的 波前信息， 它们各自对应的打印系统是不同的，如 图9 所示， 前者是记录微缩后的+1 级物光波前衍射 光(图 9(a))，后者是记录会聚的+1 级物光波前衍射 光(图 9(b))。 如图 9 (a)所示，将计算后的基元全息图加载至 SLM， 并 被 平 行 光 垂 直 照 明 ， 衍 射 光 波 经 透 镜 组 (Lens 1 与 Lens 2)后与参考光干涉，在 Lens 1 的后 焦面处放置空间滤波器， 去除不需要的光波成分， 如-1 级衍射光和 0 级透射光，最终将在全息记录介 质上形成干涉纹样，记录三维场景的波前信息。 而 图9 (b)中，采用一 4f 系统对+1 级衍射光成像，并使 用透镜 Lens 3 将光波会聚至全息记录介质。 H. Kang 等详细对比分析了以上两种打印系统的不同特性[11]， 如视场角、SBP 等。 图 9 全息波前打印系统, 记录微缩后的+1 级物光波前衍射光 (a)与会聚的+1 级物光波前衍射光(b) Fig.9 Wavefront printing system with demagnified diffracted first order of the object field (a) and with converging diffracted first order of the object field (b) 3.2 典型光学打印系统及全息图实例 图 10 (a)为 含 有 4f 结 构 的 波 前 打 印 系 统[ 87]，T. Yamaguchi 团队采用该系统完成了全息图的打印，再 现效果如 10(b)所示，该全息图含有 42×60 个全息单 元，全息图幅面 84 mm ×84 mm，水平和垂直方向视 场角分别为 16°与 9°。 图 10 T. Yamaguchi 团队提出的含有 4f 系统的波前打印系统 (a)和全息图的不同视角再现效果(b) Fig.10 Schematic of the wavefront printing system with a 4f relay system proposed by T. Yamaguchi′s group (a) and reconstructed images of the hologram from different viewpoints (b) 0406008-8 ChaoXing
超星·期刊 红外与激先工程 第4期 www irla cn 第47卷 HKng闭队发展了全彩角波前打印。全息图 K Wakunami闭队分析了全息单元尺寸对全息 被分割为多个子全息图，分别对应RGB三色激光进 图再现效果的影响四，尺寸过大时，全息单元之间的 行记录，对SLM进行分割利用，实现了高效的彩色 栅格效应将很明显：尺寸过小时，全息单元的衍射效 被前全息打印调。彩鱼波前打印系统与全息图光学 应将导致相位信息的不连续。他们同时考虑了全自 再现结果如图11所示。H.Kag团队还采用增加相 单元的帮格效应与衍射效应，采用全息单元交叠的 位信息的改进型算法提高了体视图的计算速度围。 打印方法获得了较好的再现效果，图13为是否采用 76 交叠打印时再现像前视效果的对比。 (a)Non-overlapping (b)With overlapping 图1】H.Kg闭队提出的老色波前打印系统(a)与彩色全息 光学再现效果D) 图13采用全息单元交叠打印方法与否时，全息图科现像的对此 Fig.11 Setup of the coor wavefront printing ystem proposed by H.Kang's group (a)and optical reconstruction effect of overlapping approach or not the color hologram (b) 3.3讨论 清华大学的曹良才团队长期从事与全息材料改 全息波前打印中，全息记录介质上存储的基元 进相关的研究工作阳他们向光致聚合物中掺杂 金纳米颗粒，使其具有良好的角度复用性和高衍射 全息图不再是计算全息图的二维平面图像，而是编 码了三维场景颜色、方向、深度等信息的波前，它既 效率，采用旋转记录介质或者旋转物光束的两种角 度复用技术实现了动态全息显示，图12为某旋转时 可以解决合成全息体视图打印中的会聚一调节矛盾， 又可以解决计算全息图打印无法制作白光再现反射 钟的动态再现结果，共有120。 全息图的不足。然而由于需要计算干涉纹样，全息波 (a)Frame I (b)Frame 10 前打印同样需要较大的运算量，同时由于采用物光 光束与参考光光束物理干涉的干涉纹样记录方式 在使用非脉冲激光器时，全息波前打印对于振动隔 离同样有着较高的要求。 4结论 Frame 60 (d)Frame 120 全息打印可以实现三维场景通真的立体显示效 果，文中详细介绍了三种典型的全息打印技术，以及 各自的研究现状。第一类是合成全息体视图打印，全 息图再现出三维场景的多视角图片，通过双目视差 感知立体效果，由于无法记录与再现三维场景准确 的深度信息，存在会聚-调节矛盾。第二类是计算金 息图打印，计算全息图可以准确记录三维场景的深 图12曹良才团队研制的时钟全息的120航动态再现结 度信息，解决会聚一调节矛盾，然而无法制作白光可 Fig.12 Dynamic display of a revolving clock reconstructed by 见的反射全息图。第三类是全息波前打印，既可以解 120 frames made by L.Cao's group 决合成全息体视图打印中的会聚一嗣节矛盾，又可以 0406008-9
红外与激光工程 第 4 期 www.irla.cn 第 47 卷 H. Kang 团队发展了全彩色波前打印， 全息图 被分割为多个子全息图，分别对应 RGB 三色激光进 行记录，对 SLM 进行分割利用，实现了高效的彩色 波前全息打印[86,88]。 彩色波前打印系统与全息图光学 再现结果如图 11 所示。 H. Kang 团队还采用增加相 位信息的改进型算法提高了体视图的计算速度[89]。 图 11 H. Kang 团队提出的彩色波前打印系统(a)与彩色全息图 光学再现效果(b) Fig.11 Setup of the color wavefront printing system proposed by H. Kang′s group (a) and optical reconstruction effect of the color hologram (b) 清华大学的曹良才团队长期从事与全息材料改 进相关的研究 工作[90-91]，他们向光致聚合物中 掺 杂 金纳米颗粒， 使其具有良好的角度复用性和高衍射 效率， 采用旋转记录介质或者旋转物光束的两种角 度复用技术实现了动态全息显示，图 12 为某旋转时 钟的动态再现结果，共有 120 帧[90]。 图 12 曹良才团队研制的时钟全息图的 120 帧动态再现结果 Fig.12 Dynamic display of a revolving clock reconstructed by 120 frames made by L. Cao′s group K. Wakunami 团队分析了全息单元尺寸对全息 图再现效果的影响[92]，尺寸过大时，全息单元之间的 栅格效应将很明显；尺寸过小时，全息单元的衍射效 应将导致相位信息的不连续。 他们同时考虑了全息 单元的栅格效应与衍射效应， 采用全息单元交叠的 打印方法获得了较好的再现效果，图 13 为是否采用 交叠打印时再现像前视效果的对比。 图 13 采用全息单元交叠打印方法与否时，全息图再现像的对比 Fig.13 Comparison of different reconstructed images with Hogels overlapping approach or not 3.3 讨 论 全息波前打印中， 全息记录介质上存储的基元 全息图不再是计算全息图的二维平面图像， 而是编 码了三维场景颜色、方向、深度等信息的波前，它既 可以解决合成全息体视图打印中的会聚-调节矛盾， 又可以解决计算全息图打印无法制作白光再现反射 全息图的不足。 然而由于需要计算干涉纹样，全息波 前打印同样需要较大的运算量， 同时由于采用物光 光束与参考光光束物理干涉的干涉纹样记录方式， 在使用非脉冲激光器时， 全息波前打印对于振动隔 离同样有着较高的要求。 4 结 论 全息打印可以实现三维场景逼真的立体显示效 果，文中详细介绍了三种典型的全息打印技术，以及 各自的研究现状。 第一类是合成全息体视图打印，全 息图再现出三维场景的多视角图片， 通过双目视差 感知立体效果， 由于无法记录与再现三维场景准确 的深度信息，存在会聚-调节矛盾。 第二类是计算全 息图打印， 计算全息图可以准确记录三维场景的深 度信息，解决会聚-调节矛盾，然而无法制作白光可 见的反射全息图。 第三类是全息波前打印，既可以解 决合成全息体视图打印中的会聚-调节矛盾，又可以 0406008-9 ChaoXing
超星·期刊 红外与激光工程 第4期 www.irla cn 第47卷 实现白光可见的反射全息图打印，是观察效果最佳 Heidelberg:Springer-Verlag Berlin.2014. 的全息打印技术。 from white light recordings Appl Opt. )170- 致谢 1741 [13]King M C.Noll A M.Berry D H.A new approach to 特别感谢本文撰写过程中，哀泉博士（北京源泉 computer-generated holography Appl Opt.1970.9(2) 超影光电科技开发有限责任公司)关于文章结构的 471-45 讨论及相关文字表述的修改。 14 Su J.Yuan Q.Huang Y.ct al.Method of single-step fu 参考文献： parallax synthetic holographic stereogram printing basedn effective perspective images'segmentation and mosaicking [.0 Express,2017.25(19:23523-2354. (4098:777-778. 15 ng H.Su 12 Yamaguchi M.Full-parallax holographic light-field3 White-light Viewable Holograms and Stereograms [M] sand interactive 3-D touch[].Proc IEEE.2017,105 London:InTech Press.2013. 5947-95 Halle M W.The generalized holographic stereogram [D]. 13]Park J-S.Stoykova E.Kang H-J.White light viewabl y,1991 silver-halide holograms in design applicationsBl Chem 117]Halle M W.Benton S A.Klug M A.et al.The Ultrgram:a Comn0164g:37-0 generalized holographic stereogram [Cl/SPIE,111461 4] Rielkhasen HI Rmthenton-Ratcliffe D Ultrarealistic ima 142-155. the future of display holography Opt Eng.014.53(11): 112310. d onal printer:new method[].Appl Opt.2.31(2) 15]Lucente M.The first 20 years of holographic video-and the 217-222. next 20ICU/SMPTE 2nd Annual Intemational Conference on [19]Yamaguchi M.Endoh H.Honda T.et al.High-quality recording of full-parallax holographie sterogra with Zheng Huadong.Sun Guodong.Yu Yingjie.A review of digital diffuser Op():135-137 holographic printing technologies(J.Laser Optoelectronics [20]Benton S A.Bove V M.Holographic Imaging [M].New Progress.2012.49(11):110002.(in Chincse) York:John Wiley Sons.2008. 郑华东，孙国栋，于瀛清。全息打印技术综述川激光与光 121]Zherdev A Y,Odinokov S B.Lushnikov D S.et al.High. 电子学进展，2012,491：110002 Yamaguchi M.Light-field and bolographic three-dimensional 2016,10022:100220 displays[Invited][J].J Opt Soc Am A.2016,33(12):2348- [22]Park J,Kang H.Stoykova E.et al.Numerical reconstruction 2361. of a full parallax holographic stercogram with radia Kang H.Stovkova E.Berberova N.st al.Three-dimensional disortion[.Opt Erpress,2014.22(17):20776207 231 Park J.Stoykova E.Kang H.et al.Numerical reconstructio IC1/SPE.2017.10226:102261 of full parallax holographic stereograms []3D Research 19]Yoshikawa H.Yamaguchi T.Review of holographic printers 2012.33:1-6. for computer-generated holograms [IEEE T Ind Inform. 241 Morozov A V.Putilin A N.Kopenkin S S.ct al.3D 01612/4.15A150 graphic pnter:fast printing proach Opt Erpress fringe writin 2014.22(3):2193-2206. architecture for photorefractive polymer-based holographic 1251 Rons X.Yu X.Guan C.Multichannel holographic recordins displays:analysis and implcmentation[.Ont Eng.2013.52 method for three-dimensional displays Appl Opt.011 (51:05501. 50(7)B77-B8 [1]Kang H.Stoykova E.Yoshikawa H.et al Comparison of [26]Yamaguchi M,Endoh H,Koyama T.et al.High-speec Properties for Wave-front Holographic [M recording of full-parallax holographic stereograms by a parallel 0406008-10
红外与激光工程 第 4 期 www.irla.cn 第 47 卷 0406008-10 实现白光可见的反射全息图打印， 是观察效果最佳 的全息打印技术。 致 谢 特别感谢本文撰写过程中，袁泉博士(北京源泉 超影光电科技开发有限责任公司) 关于文章结构的 讨论及相关文字表述的修改。 参考文献： [1] Gabor D. A new microscopic principle[J]. Nature, 1948, 161 (4098): 777-778. [2] Yamaguchi M. Full-parallax holographic light-field 3 -D displays and interactive 3-D touch [J].Proc IEEE, 2017, 105 (5): 947-959. [3] Park J -S, Stoykova E, Kang H -J. White light viewable silver-halide holograms in design applications[J]. Bulg Chem Commun, 2016, 48: 37-40. [4] Bjelkhagen H I, Brotherton-Ratcliffe D. Ultrarealistic imaging: the future of display holography [J]. Opt Eng, 2014, 53 (11): 112310. [5] Lucente M. The first 20 years of holographic video-and the next 20 [C]//SMPTE 2nd Annual International Conference on Stereoscopic 3D for Media and Entertainment, 2011. [6] Zheng Huadong, Sun Guodong, Yu Yingjie. A review of holographic printing technologies[J]. Laser & Optoelectronics Progress, 2012, 49(11): 110002. (in Chinese) 郑华东, 孙国栋, 于瀛洁. 全息打印技术综述[J]. 激光与光 电子学进展, 2012, 49(11): 110002. [7] Yamaguchi M. Light-field and holographic three-dimensional displays[Invited] [J]. J Opt Soc Am A, 2016, 33 (12): 2348- 2364. [8] Kang H, Stoykova E, Berberova N, et al. Three-dimensional imaging of cultural heritage artifacts with holographic printers [C]//SPIE, 2017, 10226: 102261l. [9] Yoshikawa H, Yamaguchi T. Review of holographic printers for computer-generated holograms [J]. IEEE T Ind Inform, 2016, 12(4): 1584-1589. [10] Jolly S, Smalley D E, Barabas J, et al. Direct fringe writing architecture for photorefractive polymer-based holographic displays: analysis and implementation [J]. Opt Eng, 2013, 52 (5): 055801. [11] Kang H, Stoykova E, Yoshikawa H, et al. Comparison of System Properties for Wave-front Holographic Printers [M]. Heidelberg: Springer-Verlag Berlin, 2014. [12] DeBitetto D J. Holographic panoramic stereograms synthesized from white light recordings[J]. Appl Opt, 1969, 8 (8): 1740- 1741. [13] King M C, Noll A M, Berry D H. A new approach to computer-generated holography [J]. Appl Opt, 1970, 9 (2): 471-475. [14] Su J, Yuan Q, Huang Y, et al. Method of single-step full parallax synthetic holographic stereogram printing based on effective perspective images′ segmentation and mosaicking [J]. Opt Express, 2017, 25(19): 23523-23544. [15] Kang H, Stoykova E, Park J, et al. Holographic Printing of White-light Viewable Holograms and Stereograms [M]. London: InTech Press, 2013. [16] Halle M W. The generalized holographic stereogram [D]. Cambridge: Massachusetts Institute of Technology, 1991. [17] Halle M W, Benton S A, Klug M A, et al. The Ultrgram: a generalized holographic stereogram [C]//SPIE, 1991, 1461: 142-155. [18] Yamaguchi M, Ohyama N, Honda T. Holographic threedimensional printer: new method [J]. Appl Opt, 1992, 31 (2): 217-222. [19] Yamaguchi M, Endoh H, Honda T, et al. High-quality recording of a full-parallax holographic sterogram with a digital diffuser[J]. Opt Lett, 1994, 19(2): 135-137. [20] Benton S A, Bove V M. Holographic Imaging [M]. New York: John Wiley & Sons, 2008. [21] Zherdev A Y, Odinokov S B, Lushnikov D S, et al. Highaperture diffractive lens for holographic printer [C]//SPIE, 2016, 10022: 100220I. [22] Park J, Kang H, Stoykova E, et al. Numerical reconstruction of a full parallax holographic stereogram with radial distortion[J]. Opt Express, 2014, 22(17): 20776-20788. [23] Park J, Stoykova E, Kang H, et al. Numerical reconstruction of full parallax holographic stereograms [J]. 3D Research, 2012, 3(3): 1-6. [24] Morozov A V, Putilin A N, Kopenkin S S, et al. 3D holographic printer: fast printing approach [J]. Opt Express, 2014, 22(3): 2193-2206. [25] Rong X, Yu X, Guan C. Multichannel holographic recording method for three -dimensional displays [J]. Appl Opt, 2011, 50(7): B77-B80. [26] Yamaguchi M, Endoh H, Koyama T, et al. High-speed recording of full-parallax holographic stereograms by a parallel ChaoXing