TWI524335B - A Universal Image Recording and Universal Image Reconstruction Method - Google Patents

Description

一種全像影像記錄與全像影像重建方法

本發明有關於一種影像記錄與影像重建方法，以及更特別有關一種全像影像記錄與全像影像重建方法。

光學全像片(holographic film)製作之基本原理為：首先，使用由一影像擷取裝置例如CCD攝影機，以擷取一置物平台上物體之影像。同時使用一發光裝置例如雷射所發射一道同調光至一分光模組，其將該同調光分成物光(object light)與參考光(reference light)。其中，此物光沿著物光光學路徑，將影像擷取裝置所擷取影像透射且傳送至全像底片上。此外，參考光沿著參考光光學路徑，經反射而射至全像底片上。然後，物光與參考光同時照射至全像底片上產生光學干涉，以形成許多明暗的干涉條紋(interference fringe)影像。此經曝光後之全像底片經沖洗後為記錄物體影像之複合全像片。對此複合全像片只要以參考光為重建光源投射於其上，即可顯現物體之三維立體影像。

傳統式複合全像術包括圓柱型與圓錐型，在成像記錄時必須彎折全像底片，或於影像重建時必須彎折全像底片成圓柱狀或圓錐狀。故，以此方式所重建之物體影像會變形(distortion)而不完美。又，為改善此種現象，有人使用圓盤型複合全像術。惟不論圓柱型、圓錐型、圓盤型， 必須使用圓柱透鏡，其所製作出複合全像片為一狹長扇形之小複合全像片，而觀看者所觀看之重建影像是由許多小複合全像片所組合重建而成，以致於會產生像差。此外，所產生重建影像會有一條條柵欄重疊於其上，即所謂「柵欄效應」，使得所觀看影像品質不佳。

此外，即使使用圓盤型複合全像術，由於成像時仍然須要重覆曝光，以致於重建影像亮度不足且清晰度不佳，無法將所記錄影像尺寸作得儘量小(例如用於防偽標籤)，其應用受到限制。故，此種圓盤型複合全像術所產生影像仍不理想。

因此，目前光學全像片之記錄與重建技術仍有許多缺失與缺點，實有進一步改進之必要。

為了解決上述習知技術之缺失與缺點，本發明提供一種全像影像記錄與全像影像重建方法，其藉由在光路架構中設置兩個光學偏振片，以去除影像變形與「柵欄效應」，在全像片上記錄更精確之光學全像影像，且可縮小所記錄全像片之尺寸，並產生較大尺寸的重建影像，以增強重建影像亮度，改善重建全像影像之品質與可觀性。

本發明之目的為提供一種全像影像記錄與全像影像重建方法，當目標物體在旋轉平台上旋轉，而影像擷取裝置固定對準此旋轉目標物體拍攝其360度影像，以傳送至液晶顯示面板之同時，藉由在光路架構中設置兩個光學偏振片，其在每次曝光之間，將物光與參考光之偏振方向旋轉一個小角度，然後重複曝光記錄在全像底片上，一直至物體360度影像資訊均被記錄於全像底片上為止，以完成該目標物體之全像影像之拍 攝與記錄。

本發明提供一種全像影像記錄方法，其藉由一全像影像攝影與記錄裝置而實施，其包括：一全像影像攝影裝置與一全像影像記錄裝置。其中，全像影像攝影裝置包含；一影像擷取裝置與一旋轉平台。全像影像記錄裝置包含：一發光單元、一第一反射鏡、一分光鏡、一第一偏振片、一第二反射鏡、一顯示面板、一全像底片、一第二偏振片、以及一第三反射鏡。此全像影像記錄方法包括以下步驟：使用影像擷取裝置對以固定速度旋轉之旋轉平台上所置一目標物體攝影，並將所攝得影像經由連線傳送至該顯示面板上；使用發光單元發射一同調光束至第一反射鏡；第一反射鏡接收同調光束，並將其反射至分光鏡；分光鏡將同調光束沿著一第二光學路徑(參考光光學路徑)反射至第二偏振片(而成為參考光)；第二偏振片將同調光束偏振成偏振光，並傳送至第三反射鏡；第三反射鏡將偏振光沿著該第二光學路徑反射至全像底片上。於此同時，分光鏡將該同調光束透射並沿著一第一光學路徑(物光光學路徑)傳送至第一偏振片(而成為物光)；第一偏振片將同調光偏振成偏振光並傳送至第二反射鏡；第二反射鏡將該偏振光沿著第一光學路徑反射至該顯示面板上，並透射通過此顯示面板，將其上所具影像資訊承載於偏振光中而傳送至全像底片上；以及最後來自第一光學路徑之物光與來自第二光學路徑之參考光彼此干涉，在該全像底片上平貼以形成一全像影像。

此外，本發明更提供一種全像影像重建方法，其藉由一全像影像重建裝置而實施，其包括：一燈泡，與一偏振片。該偏振片設於該燈泡與一全像底片之間，該全像底片上具有所記錄全像影像。此全像影像重 建方法包括以下步驟：該燈泡發出光線，經由偏振片由下方照射該全像底片；該偏振片以固定速度旋轉，將由該燈泡發出光線偏振，以改變該光線之偏振方向；以及以偏振方向變化之偏振光線照射該全像底片，以重建物體之全像影像。

本發明使用以上方式重建以各角度所拍攝記錄之影像，在該全像底片上方呈現懸浮且放大之二維影像。該懸浮且放大之二維影像由於人眼之視覺暫留作用，致使在周圍觀看者大腦認知中，將此所呈現各個角度之物體影像理解為三維立體全像影像。

本發明之特點與優點為，使用兩束相同偏振方向之物光與參考光，同時照射於全像底片上曝光，可以製作出較小尺寸之全像片(可小於1cm x 1cm)。此外，由於本發明在光學成像路徑中使用偏振片，免除傳統式圓盤型複合全像術所使用圓柱透鏡，故不會造成影像變形，同時可消除「柵欄效應」。又，在影像重建時，可以在較高之高度呈現較大尺寸之懸浮二維影像，以提供360度影像給圍繞四周觀看者觀賞。

100‧‧‧全像影像攝影與記錄裝置

110‧‧‧全像影像攝影裝置

111‧‧‧影像擷取裝置

112‧‧‧旋轉平台

113‧‧‧目標物體

120‧‧‧全像影像記錄裝置

121‧‧‧發光單元

122‧‧‧第一反射鏡

123‧‧‧分光鏡

124‧‧‧第一偏振片

125‧‧‧第二反射鏡

126‧‧‧顯示面板

127‧‧‧第二偏振片

128‧‧‧第三反射鏡

129‧‧‧全像底片

210‧‧‧全像底片

410‧‧‧燈泡

420‧‧‧偏振片

430‧‧‧全像底片

P1‧‧‧第一光學路徑

P2‧‧‧第二光學路徑

第1圖為根據本發明實施例之全像影像記錄方法所使用全像影像攝影與記錄裝置之概要圖；第2(a)、2(b)、2(c)圖為根據本發明實施例之使用經偏振物光與偏振參考光將全像影像記錄於全像底片上之概要圖；第3圖為根據本發明實施例之全像影像記錄方法之步驟流程圖；第4(a)、4(b)、以及4(c)圖為根據本發明實施例使用全像影像重建裝置將全 像底片上全像影像重建之概要圖；以及第5圖為根據本發明實施例之全像影像重建方法之步驟流程圖。

為使貴審查委員方便了解本發明之內容，及所能達成之功效，茲配合圖式列舉具體實施例，詳細說明如下：

首先，參考第1圖，其為根據本發明實施例之全像影像記錄方法所使用全像影像攝影與記錄裝置之概要圖。即，本發明提供一種全像影像記錄與全像影像重建方法，其藉由該全像影像攝影與記錄裝置而實施。此全像影像攝影與記錄裝置100包括：一全像影像攝影裝置110與一全像影像記錄裝置120。其中，此全像影像攝影裝置110包含：一影像擷取裝置111；以及一旋轉平台112。此全像影像記錄裝置120包含：一發光單元121；一第一反射鏡122；一分光鏡123；一第一偏振片124；一第二反射鏡125；一顯示面板126；一全像底片129；一第二偏振片127；以及一第三反射鏡128。

本發明之全像影像攝影與記錄裝置，可以應用於各種全像影像記錄系統，其例如可用於將全像影像記錄於彩虹全像片、反射式全像片、多視角全像片、真彩全像片或是積體式全像片等上，惟。本發明並不受限於此。

在執行本發明之全像影像記錄方法時，首先，將目標物體113置於旋轉平台112上以所設定固定速度旋轉360度，此影像擷取裝置111固定設置並對準該目標物體113。因此，當旋轉平台112以固定速度旋轉360度時，此影像擷取裝置111可攝得該目標物體360度之影像。該影像經 由連線連接至顯示面板126，而呈現於其上。於此同時，此發光單元121將同調光線發射至第一反射鏡122，其接收該同調光，並將其反射至分光鏡123。該分光鏡123將該同調光之一部份反射至第二偏振片127作為參考光，其經第二偏振片127偏振後再傳送至第三反射鏡128，其將該光線反射至全像底片129。上述由分光鏡123經由第三反射鏡128至全像底片129之光學路徑為第二光學路徑P2(亦稱為參考光光學路徑)，其路徑長度為d2。

在本實施例中，在該分光鏡123將同調光反射至偏振片127之同時，該分光鏡123將同調光經透射而傳送至第一偏振片124，經其偏振後將偏振光傳送至第二反射鏡125，其將偏振光反射至顯示面板126，將顯示面板126上所具影像資訊藉由偏振光承載而傳送至全像底片129上，而與參考光互相干涉，以形成全像影像。上述由分光鏡123經由第二反射鏡125至全像底片129之光學路徑稱第一光學路徑P1(亦稱為物光光學路徑)，其路徑長度為d1。

在以上說明中，第一偏振片124與第二偏振片127可各由一步進式馬達(未圖示)驅動，以相同角速度同步旋轉。此外，此由分光鏡123至全像底片129之參考光光學路徑長度d2與由分光鏡123至全像底片129之物光光學路徑d1長度相等。

在本實施例中，此發光單元121可以為：一氣體雷射發射器、一二氧化碳雷射發射器、一液態雷射發射器、一固態雷射發射器或一半導體雷射發射器，惟本發明並不受限於此。又，在本實施例中，該同調光可以為一可見光或一不可見光。影像擷取裝置111可以為一CCD攝影機。另，該顯示面板126可以為液晶顯示面板。

其次，參考第2(a)至2(c)圖，其顯示根據本發明實施例之使用偏振物光與偏振參考光將全像影像記錄於全像底片上之概要圖。如同於第2(a)圖所示，由於第1圖中之第一偏振片124與第二偏振片127各以步進式馬達帶動以相同角速度同步旋轉，故經由該兩偏振片偏振所產生之偏振物光與偏振參考光之偏振方向皆為1°時，其抵達該全像底片210產生干涉條紋圖案，以形成全像影像而記錄於全像底片210上，以記錄此影像擷取裝置111於目標物體113旋轉1°時(即其左側)所拍攝影像。然後，如同於第2(b)圖所示，以相同原理，當經由第一偏振片124與第二偏振片127偏振所產生之偏振物光與偏振參考光之偏振方向皆為2°時，其抵達該全像底片210產生干涉條紋圖案，以形成全像影像而記錄於全像底片210上，以記錄此影像擷取裝置111於目標物體113旋轉2°時(即其右側)所拍攝影像。再者，如同於第2(c)圖所示，如同以上說明，L1表示：在物光與參考光之偏振方向皆為1°時，在全像底片210之L1處記錄所拍攝目標物體113左側之影像。R2表示：在物光與參考光之偏振方向皆為2°時，在全像底片210之R2處記錄所拍攝目標物體113右側之影像。L3表示：在物光與參考光之偏振方向皆為3°時，在全像底片210之L3處記錄所拍攝目標物體113左側之影像。因此，在每次曝光之間，將物光與參考光之偏振方向旋轉一個小角度，然後重複曝光記錄在全像底片210上，一直至物體360度影像資訊均被記錄於全像底片210上為止，以完成該目標物體113之全像影像之拍攝與記錄。

然後，參考第3圖，其顯示為根據本發明實施例之全像影像記錄方法之步驟流程圖。如同於第3圖所示，此全像影像記錄方法，其藉 由一全像影像攝影與記錄裝置而實施，其包括：一全像影像攝影裝置110，其包含一影像擷取裝置111、一旋轉平台112；以及一全像影像記錄裝置120，其包含一發光單元121、一第一反射鏡122、一分光鏡123、一第一偏振片124、一第二反射鏡125、一顯示面板126、一全像底片129、一第二偏振片127、以及一第三反射鏡128。該方法包括300以下步驟：使用影像擷取裝置111對以固定速度旋轉該旋轉平台112上所置一目標物體113攝影，並將所攝得影像經由連線傳送至該顯示面板126上(步驟310)；使用發光單元121發射一同調光束至該第一反射鏡122(步驟320)；該第一反射鏡122接收該同調光束，並將其反射至該分光鏡123(步驟330)；該分光鏡123將該同調光束沿著一第二光學路徑P2(參考光光學路徑)反射至該第二偏振片127(而成為參考光)(步驟340)；該第二偏振片127將該同調光束偏振成偏振光，並傳送至該第三反射鏡128(步驟350)；該第三反射鏡128將該偏振光沿著該第二光學路徑P2反射至該全像底片129上(步驟360)；該分光鏡123將該同調光束透射並沿著一第一光學路P1(物光光學路徑)傳送至該第一偏振片124(而成為物光)(步驟370)；該第一偏振片124將該同調光偏振成偏振光並傳送至該第二反射鏡125(步驟380)；該第二反射鏡125將該偏振光沿著該第一光學路徑P1反射至該顯示面板126上，並透射且通過該顯示面板126，將其所含影像資訊承載於該偏振光中而傳送至該全像底片129上(步驟390)；以及來自該第一光學路徑P1之物光與來自該第二光學路徑P2之參考光彼此干涉，在該全像底片129上形成一全像影像(步驟395)。

在以上說明中，第一偏振片124與第二偏振片127由馬達(未圖示)帶動以相同速度同步旋轉360度。第一光學路徑P1與該第二光學路徑 P2之長度相同。旋轉平台112由馬達帶動旋轉360度。

此外，本發明亦提供一種全像影像重建方法。參考第4(a)、4(b)、以及4(c)圖，其各為根據本發明實施例使用全像影像重建裝置將全像底片上全像影像重建之概要圖。如同於第4(a)圖中所示，此全像影像重建裝置400包括：一燈泡410，其例如為LED燈；以及一偏振片420。此偏振片420置於燈泡410與全像底片430之間。在實際操作時，使用燈泡410發射光線，從全像底片430下方對其照射，同時旋轉偏振片420。隨著偏振片420旋轉可使得偏振光之偏振方向改變，可照射出不同角度所拍攝之全像影像。在第4(a)圖中顯示，當偏振光偏振方向為1°時，照射所記錄物體左側影像。在第4(b)圖中顯示，當偏振光偏振方向為2°時，照射所記錄物體右側影像。在第4(c)圖中L1處顯示，當偏振光偏振方向為1°時，照射所記錄物體左側影像；R2處顯示，當偏振光偏振方向為2°時，照射所記錄物體右側影像；以及當L3處顯示偏振光偏振方向為3°時，照射所記錄物體左側影像。

如此，隨著偏振片420旋轉，使得偏振光之偏振方向改變，一直至所拍攝物體360度影像資訊均被重建為止，以完成該物體之全像影像之重建。當偏振片420旋轉速度加快超過42Hz以上時，由於視覺暫留作用，會使得各個角度所拍攝物體影像同時存在於觀看者之腦海中。此所重建之全像影像顯示為浮現於全像底片上而呈現放大尺寸影像。大腦會將此等重建之二維影像自動理解為一個三維之立體全像影像，以完成全像影像之重建。

參考第5圖，其為根據本發明實施例之全像影像重建方法 之步驟流程圖。如同於第5圖中所示，此種全像影像重建方法，其藉由一全像影像重建裝置而實施，其包括：一燈泡410，與一偏振片420，該偏振片420設於該燈泡410與一全像底片430之間，該全像底片上具有全像影像，該方法500包括以下步驟：使用燈泡410發射光線，由下方照射該全像底片430(步驟510)；該偏振片420以固定速度旋轉，將由該燈泡410所發射光線偏振，以改變該光線之偏振方向(步驟520)；以及以偏振方向變化之偏振光線照射該全像底片430，以重建物體之全像影像，其具有以各角度所拍攝記錄之影像，以便在該全像底片430上方呈現懸浮且放大之二維影像(步驟530)。該懸浮且放大之二維影像由於人眼之視覺暫留作用，致使在觀看者大腦會將此所呈現各個角度之物體影像理解為三維立體全像影像。

在以上說明中，該偏振片420可由一馬達(未圖示)帶動以固定速度旋轉360度。該燈泡410可以為一LED燈或一白熾燈。

綜上所述，本發明之「一種全像影像記錄與全像影像重建方法」藉由在光學成像記錄與重建路徑中使用偏振片，可以克服習知技術之缺失與缺點，而達成以下優點，極具產業上使用價值：

本發明之特點與優點為，使用兩束相同偏振方向之物光與參考光，同時照射於全像底片上曝光，可以製作出較小尺寸之全像片(可小於1cm x 1cm)。此外，由於本發明在光學成像路徑中使用偏振片，並不使用傳統式圓盤型複合全像術所用圓柱透鏡，故不會造成影像變形，同時可消「柵欄效應」。又，在影像重建時，可以在較高高度呈現放大尺寸之懸浮二維影像，其顯示為三維立體影像，以提供360度影像給圍繞四周觀看者觀賞。

故，本發明具習知技術所無法達成之功效，符合專利要件， 且具專利價值。

以上說明內容僅為本發明一較佳實施例，其並非用來限定本發明實施之範圍，故舉凡依本發明申請專利範圍所述之形狀、構造、材質、特徵及精神所為之等同變化與修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。

Claims (10)

1. 一種全像影像記錄方法，其藉由一全像影像攝影與記錄裝置而實施，其包括：一全像影像攝影裝置，其包含一影像擷取裝置、一旋轉平台；以及一全像影像記錄裝置，其包含一發光單元、一第一反射鏡、一分光鏡、一第一偏振片、一第二反射鏡、一顯示面板、一全像底片、一第二偏振片、以及一第三反射鏡；該方法包括以下步驟：使用該影像擷取裝置對以固定速度旋轉之該旋轉平台上所置一目標物體攝影，並將所攝得影像經由連線傳送至該顯示面板上；使用該發光單元發射一同調光束至該第一反射鏡；該第一反射鏡接收該同調光束，並將其反射至該分光鏡；該分光鏡將該同調光束沿著一第二光學路徑反射至該第二偏振片；該第二偏振片將該同調光束偏振成偏振光，並傳送至該第三反射鏡；該第三反射鏡將該偏振光沿著該第二光學路徑反射至該全像底片上；該分光鏡將該同調光束透射並沿著一第一光學路徑傳送至該第一偏振片；該第一偏振片將該同調光偏振成偏振光並傳送至該第二反射鏡；該第二反射鏡將該偏振光沿著該第一光學路徑反射至該顯示面板上，並透射且通過該顯示面板，將其所含影像資訊承載於該偏振光中而傳送至該全像底片上；以及來自該第一光學路徑之物光與來自該第二光學路徑之參考光彼此干涉，在該全像底片上形成一全像影像。
2. 如申請專利範圍第1項之全像影像記錄方法，其中該第一偏振片與該第 二偏振片由步進式馬達帶動，以相同速度同步旋轉360度。
3. 如申請專利範圍第1項之全像影像記錄方法，其中該第一光學路徑之長度與該第二光學路徑之長度相等。
4. 如申請專利範圍第1項之全像影像記錄方法，其中該旋轉平台由步進式馬達帶動旋轉360度。
5. 如申請專利範圍第1項之全像影像記錄方法，其中該影像擷取裝置為一CCD攝影機。
6. 如申請專利範圍第1項之全像影像記錄方法，其中該顯示面板為一液晶顯示面板。
7. 一種全像影像重建方法，其藉由一全像影像重建裝置而實施，其包括：一燈泡，與一偏振片，該偏振片設於該燈泡與一全像底片之間，該全像底片上具有全像影像，該方法包括以下步驟：使用該燈泡發射光線，由下方照射該全像底片；該偏振片以固定速度旋轉，將由該燈泡發射光線偏振，以改變該光線之偏振方向；以及以偏振方向變化之偏振光線照射該全像底片，以重建物體之全像影像，其具有以各角度所拍攝記錄之影像，以便在該全像底片上方呈現懸浮且放大之二維影像。
8. 如申請專利範圍第7項之全像影像重建方法，其中該懸浮且放大之二維影像由於人眼之視覺暫留作用，致使觀看者大腦將此所呈現各個角度之物體影像理解為三維立體全像影像。
9. 如申請專利範圍第7項之全像影像重建方法，其中該偏振片可由一步進 式馬達帶動以固定速度旋轉360度。
10. 如申請專利範圍第7項之全像影像重建方法，其中該燈泡為一LED燈或一白熾燈。