一種全息影像的遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)和方法
【專利說(shuō)明】
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明涉及全息影像技術(shù)，更具體地，涉及一種全息影像的遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)和方法。
[0003]
【背景技術(shù)】
[0004] 全息影像技術(shù)能夠呈現(xiàn)出幾乎與真實(shí)世界完全相同的三維圖像，觀看三維圖像的 視點(diǎn)和視距沒(méi)有任何限制，可以實(shí)現(xiàn)所謂"真3D"的顯示效果。自上個(gè)世紀(jì)九十年代首次 實(shí)現(xiàn)對(duì)視頻影像的彩色動(dòng)態(tài)全息顯示以來(lái)，全息影像技術(shù)受到了高度的關(guān)注。業(yè)界普遍認(rèn) 為，這項(xiàng)技術(shù)將給現(xiàn)有的影像記錄和顯示技術(shù)帶來(lái)革新性沖擊。全息影像技術(shù)能夠運(yùn)用于 勘探、軍事、醫(yī)學(xué)、影視、游戲等多種領(lǐng)域，可以預(yù)料的是其將成為未來(lái)的主導(dǎo)技術(shù)。目前，全 息影像技術(shù)的算法和設(shè)備有了長(zhǎng)足的發(fā)展，并且研究熱點(diǎn)逐步轉(zhuǎn)向如何達(dá)到在現(xiàn)實(shí)生活中 廣泛應(yīng)用全息影像，即從全息影像的成像和再現(xiàn)逐步轉(zhuǎn)向如何將上述基礎(chǔ)技術(shù)轉(zhuǎn)化為具有 實(shí)用價(jià)值的產(chǎn)品。
[0005] 全息影像技術(shù)利用了物體光波與參考光波之間的干涉原理，記錄二者相互干涉所 形成的干涉光波圖樣，從而達(dá)到了同時(shí)記錄物體光波的相位和振幅的效果。所述干涉光波 圖樣利用CCD等圖像傳感器進(jìn)行采集，形成表示該圖樣的數(shù)字信號(hào)，再針對(duì)該數(shù)字信號(hào)進(jìn) 行存儲(chǔ)和傳輸。在全息影像的再現(xiàn)過(guò)程中，顯示設(shè)備利用該數(shù)字信號(hào)還原光波圖樣，從而形 成全息影像。
[0006] 在數(shù)字化的前提下，利用通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行全息影像數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸，從而實(shí)現(xiàn)全息 影像的遠(yuǎn)距離再現(xiàn)，是本技術(shù)非常重要的發(fā)展方向，可以在遠(yuǎn)程會(huì)議、醫(yī)學(xué)會(huì)診、互動(dòng)游戲、 遠(yuǎn)程教育等領(lǐng)域應(yīng)用，具有廣闊的前景。例如，在遠(yuǎn)程會(huì)議應(yīng)用中，可以采集身處A地點(diǎn)的 參會(huì)嘉賓的全息影像數(shù)據(jù)，并遠(yuǎn)程發(fā)送至B地點(diǎn)的會(huì)場(chǎng)進(jìn)行全息影像的再現(xiàn)，由于全息影 像良好的真3D視覺(jué)效果，從而能夠給B地點(diǎn)的觀眾帶來(lái)該參會(huì)嘉賓身臨現(xiàn)場(chǎng)的視覺(jué)體驗(yàn)。
[0007] 全息影像在具有真3D視覺(jué)效果的同時(shí)，也存在較大的信息冗余度，其所含有的數(shù) 據(jù)量甚至比真實(shí)物體自身包含的數(shù)據(jù)量還要大1〇〇〇倍左右。過(guò)大的冗余度造成表示該全 息影像的數(shù)字信號(hào)具有極大的數(shù)據(jù)規(guī)模，給遠(yuǎn)程傳輸造成巨大的困難。例如，一個(gè)表面積 1. 2mXl. 2m的物體，如果按照0.lmXO.lm的畫(huà)面尺寸以及0. 5m的縱深生成全息影像，將產(chǎn) 生3Xif比特的數(shù)據(jù)量，這也就意味著如果每秒鐘傳輸30幀該全息影像，則需要多達(dá)數(shù) 百G的帶寬。目前任何通信網(wǎng)絡(luò)提供這樣高傳輸帶寬的服務(wù)都是不現(xiàn)實(shí)的。同時(shí)，全息影 像也無(wú)法依靠現(xiàn)有的信源編碼方式減少其數(shù)據(jù)量。
[0008] 可見(jiàn)，對(duì)于全息影像的遠(yuǎn)程傳輸來(lái)說(shuō)，過(guò)大的數(shù)據(jù)量嚴(yán)重制約了其實(shí)際應(yīng)用，是首 先需要克服的障礙。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺陷，將全息影像的數(shù)據(jù)量減小至符合當(dāng)前通信網(wǎng)絡(luò) 傳輸能力的程度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)傳輸，本發(fā)明提供了一種全息影像的遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)和方法。
[0010] 本發(fā)明在全息影像的生成過(guò)程當(dāng)中，根據(jù)人眼視覺(jué)集中關(guān)注于重點(diǎn)目標(biāo)和中心區(qū) 域而傾向于忽視背景和周邊區(qū)域的特點(diǎn)，將重點(diǎn)目標(biāo)所在的中間區(qū)域從擬成像場(chǎng)景當(dāng)中分 離出來(lái)進(jìn)行獨(dú)立的全息影像生成，而對(duì)于擬成像場(chǎng)景當(dāng)中背景和周邊部分采用相對(duì)節(jié)約數(shù) 據(jù)量的非全息成像方式；進(jìn)而，對(duì)于該全息影像的生成過(guò)程，本發(fā)明再執(zhí)行必要的數(shù)據(jù)量降 低處理；最后，遠(yuǎn)程傳輸全息和非全息影像的混合數(shù)據(jù)。在再現(xiàn)過(guò)程中，針對(duì)利用通信網(wǎng)絡(luò) 遠(yuǎn)程接收到的混合數(shù)據(jù)，分別恢復(fù)為全息以及非全息影像，以及合成全息與非全息影像進(jìn) 行顯示。
[0011] 本發(fā)明所提供的全息影像的遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)，包括影像生成端和影像再現(xiàn)端，所述 影像生成端通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)向影像再現(xiàn)端進(jìn)行影像數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸，其特征在于， 所述影像生成端包括：角度決定部、全息成像部、非全息三維影像成像部、數(shù)據(jù)封裝部 以及通信發(fā)送部；其中，所述角度決定部根據(jù)成像場(chǎng)景中的全息成像目標(biāo)的位置，決定對(duì)所 述成像場(chǎng)景進(jìn)行成像過(guò)程中全息成像角度范圍以及非全息成像角度范圍；所述全息成像部 用于根據(jù)所述全息成像角度范圍采集全息成像平面上的干涉光波圖樣信號(hào)，并且生成相應(yīng) 的全息影像數(shù)據(jù)；非全息三維影像成像部用于根據(jù)所述非全息成像角度范圍，采集生成非 全息三維影像所需要的信號(hào)，并且生成相應(yīng)的非全息三維影像數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)封裝部，用于將所 述全息影像數(shù)據(jù)以及所述全息成像角度范圍封裝為全息影像數(shù)據(jù)包，將非全息三維影像數(shù) 據(jù)以及所述非全息成像角度范圍封裝為非全息影像數(shù)據(jù)包；所述通信發(fā)送部通過(guò)所述通信 網(wǎng)絡(luò)向影像再現(xiàn)端傳輸包括全息影像數(shù)據(jù)包和非全息影像數(shù)據(jù)包的影像數(shù)據(jù)； 所述影像再現(xiàn)端包括：通信接收部、全息影像再現(xiàn)部、非全息三維影像再現(xiàn)部、影像融 合控制部；其中，所述通信接收部通過(guò)所述通信網(wǎng)絡(luò)接收包括全息影像數(shù)據(jù)包和非全息影 像數(shù)據(jù)包的所述影像數(shù)據(jù)；所述全息影像再現(xiàn)部根據(jù)所述全息影像數(shù)據(jù)包中的全息影像數(shù) 據(jù)和全息成像角度范圍，在影像再現(xiàn)區(qū)域的相應(yīng)位置處再現(xiàn)全息成像目標(biāo)的全息影像；所 述非全息三維影像再現(xiàn)部根據(jù)非全息影像數(shù)據(jù)包中的非全息三維影像數(shù)據(jù)以及非全息成 像角度范圍，在影像再現(xiàn)區(qū)域的相應(yīng)位置處再現(xiàn)非全息三維影像；所述影像融合控制部用 于調(diào)節(jié)再現(xiàn)的所述全息影像和非全息三維影像的大小、亮度和顏色，以便二者視覺(jué)效果上 相互融合，形成再現(xiàn)影像。
[0012] 優(yōu)選的是，所述全息成像部包括全息影像數(shù)據(jù)精簡(jiǎn)控制部，用于控制所述全息成 像部采集干涉光波圖樣信號(hào)并生成全息影像數(shù)據(jù)的過(guò)程，以便生成數(shù)據(jù)量精簡(jiǎn)的全息影像 數(shù)據(jù)。
[0013] 進(jìn)一步優(yōu)選的是，所述全息影像數(shù)據(jù)精簡(jiǎn)控制部包括：視角決定部以及像點(diǎn)抽樣 控制部；其中所述視角決定部用于確定所述影像再現(xiàn)端的觀看者觀看所述再現(xiàn)影像的視角 范圍；所述像點(diǎn)抽樣控制部根據(jù)所述視角范圍，決定全息成像部從采集的干涉光波圖樣信 號(hào)中選取像點(diǎn)的抽樣間隔；所述全息成像部按照所述抽樣間隔從干涉光波圖樣信號(hào)抽取像 點(diǎn)并生成全息影像數(shù)據(jù)。
[0014] 更進(jìn)一步優(yōu)選的是，所述全息影像數(shù)據(jù)精簡(jiǎn)控制部根據(jù)再現(xiàn)的非全息三維影像的 視角范圍，確定所述觀看者觀看所述再現(xiàn)影像的視角范圍。
[0015] 更進(jìn)一步優(yōu)選的是，像點(diǎn)抽樣控制部選取的垂直方向上的像點(diǎn)抽樣間隔大于所述 水平方向上的像點(diǎn)抽樣間隔。
[0016] 本發(fā)明所提供的全息影像的遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)，包括影像生成端和影像再現(xiàn)端，所述 影像生成端通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)向影像再現(xiàn)端進(jìn)行影像數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸，其特征在于， 所述影像生成端包括：角度決定部、全息成像部、非全息三維影像成像部、數(shù)據(jù)封裝部 以及通信發(fā)送部；其中，所述角度決定部根據(jù)成像場(chǎng)景中的全息成像目標(biāo)的位置，決定對(duì)所 述成像場(chǎng)景進(jìn)行成像過(guò)程中全息成像角度范圍以及非全息成像角度范圍；所述全息成像部 用于根據(jù)所述全息成像角度范圍采集全息成像平面上的干涉光波圖樣信號(hào)，并且生成相應(yīng) 的全息影像數(shù)據(jù)；非全息三維影像成像部用于根據(jù)所述非全息成像角度范圍，采集生成非 全息三維影像所需要的信號(hào)，并且生成相應(yīng)的非全息三維影像數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)封裝部，用于將所 述全息影像數(shù)據(jù)以及所述全息成像角度范圍封裝為全息影像數(shù)據(jù)包，將非全息三維影像數(shù) 據(jù)以及所述非全息成像角度范圍封裝為非全息影像數(shù)據(jù)包；所述通信發(fā)送部通過(guò)所述通信 網(wǎng)絡(luò)向影像再現(xiàn)端傳輸包括全息影像數(shù)據(jù)包和非全息影像數(shù)據(jù)包的影像數(shù)據(jù)； 所述影像再現(xiàn)端包括：通信接收部、全息影像再現(xiàn)部、非全息三維影像再現(xiàn)部、影像融 合控制部；其