本发明涉及全息近眼显示，尤其涉及一种扩大动眼框的全息近眼显示系统。
背景技术：
1、全息显示因其能够再现真实的三维图像而备受关注。在全息三维显示领域，计算机生成全息图因其在生成和调制方面的灵活性，已成为热门研究方向。计算机生成全息图不仅可以记录真实和虚拟物体，还在波前整形、全息投影与显示、光纤通信、显微镜和光镊等多个领域有广泛应用。在全息显示中通常使用基于硅基液晶或数字微镜器件技术的空间光调制器来动态显示计算机生成的全息图。然而在需要轻便紧凑和低成本等设计条件下的近眼显示光学应用中，数字微镜器件因其高刷新率和低成本等特点成为全息显示的理想设备。由于数字微镜器件的调制深度仅限于二值化，研究如何生成高质量的二值全息图变得尤为重要。
2、直接阈值法是早期广泛使用的二值全息图生成方法，这种方法通过设定一个阈值，将每个像素的亮度与该阈值进行比较，以决定该像素是零还是最大亮度值。虽然原理简单，但这种方法会在全息图中产生显著的量化误差，导致重建质量较低。误差扩散方法是对直接阈值方法的改进。它在将像素亮度与阈值比较后，将差值(误差)扩散到相邻像素，从而有效地将量化误差分散到高频区域，提高图像质量。然而，选择合适的误差扩散参数具有挑战性，这需要反复试验，对于大规模和实时生成全息图可能效率不高。强度累积显示方法是另一种二值化方法，通过快速显示同一场景的多个全息图来平均随机噪声(散斑)，从而提高显示质量。然而，这种方法需要更大的存储空间和传输带宽，对于便携式全息显示系统来说，这是一个显著的缺点。另一种流行的全息图二值化方法是迭代方法，包括迭代傅里叶变换算法和直接二值搜索。通过迭代计算，这些方法可以优化生成的二值全息图。此外，模拟退火和模拟退火二值搜索方法也是优化策略的一部分。这些方法通过在像素级别的迭代和模拟退火过程，找到全息图的最佳解决方案。然而，这些二值迭代优化策略不可避免地会受到零级(直流)和共轭噪声的影响，降低重建质量。近年来，基于深度学习技术的方法被用于生成高质量的二值全息图。这些方法能够处理复杂的全息生成问题，但其缺点是需要大量的计算资源和高质量、大规模的训练数据，这可能限制其实际应用。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提出一种扩大动眼框的全息近眼显示系统，基于带限菲涅尔衍射模型的迭代优化算法，用于生成高质量的二值全息图。
2、为达到上述目的，本发明提出一种扩大动眼框的全息近眼显示系统，包括数字微镜器件、傅里叶透镜、带限滤波元件、激光器、扩束准直系统、分束器和计算机；
3、激光器发射的光束经过扩束准直系统后通过分束器照射至数字微镜器件屏幕上，光束被微镜器件的全息图调制后，经过傅里叶透镜传播到带限滤波元件；
4、计算机与分束器相连接，计算机将通过优化算法生成的二值计算全息图传输到数字微镜器件。
5、进一步的，数字微镜器件、傅里叶透镜、带限滤波元件依次布设于同一条直线，数字微镜器件的另一侧布设激光器、扩束准直系统、分束器；数字微镜器件所处的位置形成全息面，带限滤波元件所处的窗口位置形成用于人眼观看全息影像的动眼框。
6、进一步的，优化算法为基于带限菲涅尔衍射模型的迭代优化算法。
7、进一步的，计算机将通过优化算法生成的二值计算全息图步骤如下：
8、s1：根据三维目标的深度图将目标分成多个位于不同深度平面上的分层深度图像；
9、s2：使用菲涅耳衍射计算分层图像发射的光波到动眼框平面的传播，计算过程表示如下：
10、
11、其中是分配给层图像ii(x,y)波前的初始随机相位，zi是从层图像到滤波平面的距离，而mi(xm,ym)是每个图像光波传播到动眼框平面的衍射波前；
12、s3：在动眼框平面上，将所有衍射波前进行叠加后得到整个三维物光波在动眼框平面的衍射波前：
13、
14、s4：在动眼框平面上使用滤波操作，建立一个中心不透光的数字滤波函数，对动眼框平面的波前进行滤波，将整个波前分布的中心区域进行阻挡，表示如下：
15、
16、s5：将滤波后的波前进行逆傅里叶变换计算后反向传播到全息图平面，得到全息图平面的复振幅光场分布；
17、h(xh,yh)＝∫∫mmid(xm,ym)exp[j2π(xmxh+ymyh)]dxmdym
18、s6：对复振幅全息图进行二值量化，得到仅包含0或1振幅值的二值化全息图：
19、
20、其中(xh,yh)表示第h行第h列的像素，b(xh,yh)表示编码后的数字微镜器件二值像素值，h(xh,yh)表示对应的原始复数振幅值，p(xh,yh)表示通过对原始复数振幅取模后找到的中值；
21、s7：对二值化的全息图使用正向傅里叶变换后再次传播到动眼框平面上，并对其继续使用中心不透光的滤波函数进行滤波，将滤波后的波前分别计算菲涅尔衍射后传播到每个分层深度图像平面上。随后对每个图像波前的振幅用该深度的目标图像振幅进行替换，把所有深度平面上的图像波前全部进行更新；
22、s8：将上述s1-s8的过程进行重复迭代计算一定的次数后，在全息图平面上生成优化的二值全息图。
23、与现有技术相比，本发明的优势之处在于：
24、1、本发明采用带限菲涅尔衍射算法来生成二值化计算全息图，并结合数字微镜器件和空间滤波元件实现带限菲涅尔衍射的全息近眼显示系统设计，通过在全息图的计算和再现过程中设置带限衍射平面并在该平面上针对性放置滤波元件，有效消除全息图再现过程中的零级衍射噪声。
25、2、本发明将带限菲涅尔衍射计算模型和迭代优化算法进行结合，对二值化全息图进行优化计算，通过迭代优化进一步抑制全息图在衍射再现中出现的共轭噪声分量，通过大幅抑制共轭衍射噪声后，将其波前所在位置转化为了能够观看全息图像的动眼框区域，因此进一步扩大了观看全息影像的动眼框范围，提高了全息再现像的信噪比和观看质量.
1.一种扩大动眼框的全息近眼显示系统，其特征在于，包括数字微镜器件(1)、傅里叶透镜(2)、带限滤波元件(3)、激光器(6)、扩束准直系统(7)、分束器(4)和计算机(9)；
2.根据权利要求1所述的全息近眼显示系统，其特征在于，所述数字微镜器件(1)、傅里叶透镜(2)、带限滤波元件(3)依次布设于同一条直线，所述数字微镜器件(1)的另一侧布设激光器(6)、扩束准直系统(7)、分束器(4)；所述数字微镜器件(1)所处的位置形成全息面，带限滤波元件(3)所处的窗口位置形成用于人眼观看全息影像的动眼框。
3.根据权利要求1所述的全息近眼显示系统，其特征在于，所述优化算法为基于带限菲涅尔衍射模型的迭代优化算法。
4.根据权利要求3所述的全息近眼显示系统，其特征在于，所述计算机(9)将通过优化算法生成的二值计算全息图步骤如下：
