具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在实施方式和申请专利范围中，除非文中对于冠词有特别限定，否则“一”与“所述”可泛指单一个或复数个。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

实施例一

为了解决现有体全息存储技术受限于页内串扰、页间串扰、光电系统噪声等不能很好的提升存储容量的问题，本发明提供了一种多层体全息式五维数据存储方法。

请参照图1，图1是本发明提供的一种多层体全息式五维数据存储方法的一个实施例的流程图。

在本发明的一个实施例中，所述多层体全息式五维数据存储方法有四个步骤：

S100、对五维数据进行编码，形成所述五维数据对应的五维数据页；其中，所述五维数据包括三维位置信息、色彩信息以及灰阶信息。

如图2所示，为本实施例的待存储五维数据的结构示意图，由图2可以看出待存储五维数据包含三维位置信息、色彩(波长)信息以及灰阶(强度)信息，其中三维位置信息包括宽度信息、长度信息以及高度信息。由于体全息存储中的数据通常以数据页的方式进行存储，当需要对五维数据进行存储时，对待存储五维数据的三维位置信息、色彩信息以及灰阶信息进行编码，使待存储五维数据转换为五维数据页。本实施例中在传统三维体全息存储的基础上增加了两个维度的信息，即引入色彩信息和灰阶信息，形成五维数据页，并实现多层处理，以此容纳更多的数据信息，提高了数据立体存储的容量。

在一具体实施例中，步骤S100具体包括：

S110、通过xyz三个方向的立体三维码对五维数据的三维位置信息进行编码，得到三维数据页；

S120、通过RGB三基色的码元组合对所述三维数据页的色彩信息进行编码，得到四维数据页；

S130、通过控制RGB三基色的强度对所述四维数据页的灰阶信息进行编码，得到五维数据页。

本实施例五维数据在二维平面数据的基础上增加了深度信息、色彩信息以及灰阶信息，在对五维数据进行编码之前，通过在二维码的基础上增加一维，引入z方向的高度信息，形成xyz三个方向的立体三维码，然后通过立体三维码对五维数据的三维位置信息进行编码，得到三维数据页。

将五维数据转换为三维数据页后，通过RGB三基色的码元组合对三维数据页的色彩信息进行编码，得到四维数据页。具体地，可以采用时分复用的方案，使RGB三色激光通过光路合成一束激光束，合成的激光束通过色轮进行准直扩束后到达空间光调制器，通过色轮的激光束按照时序分别通断RGB三色激光，同时通过空间光调制器加载三维数据页中的对应分量图像，从而对三维数据页的色彩信息进行编码，得到四维数据页。

将三维数据页转换为四维数据页后，在保持RGB三基色各自占比不变的情况下，通过控制RGB三基色的强度对四维数据页的灰阶信息进行编码，可以使四维数据页中的色彩信息出现不同的亮暗变化，得到五维数据页。假设五维数据中包含L种色彩信息、K种灰阶信息以及M阶深度信息，且存储介质的层数为n层，则与传统的平面二维存储方式相比，本实施例的五维数据存储方法的容量提高了倍。另外，由于本实施例的五维数据本身包含五维信息，不是利用复用技术提高存储密度，因此不存在一个区域记录多幅全息图的情况，从而有效避免了页内串扰、页间串扰的问题。

S200、采用计算全息技术生成所述五维数据页对应的全息图，并将所述全息图加载到空间光调制器。

传统的全息技术是利用光学的方法，用干涉记录的方法制作全息图，而计算全息是用计算机编码制作全息图，把无波的数学描述输入数字计算机处理后，直接生成全息图。本实施例中将五维数据页输入计算机，采用计算全息技术生成五维数据页对应的全息图，相较于传统光学全息技术，不仅节省光源，且噪声低，重复性高，并且能够制作实际并不存在的各种物体的全息图。

空间光调制器是光学全息存储的信息输入器件，当具有一定光斑尺寸的光束通过空间光调制器后，激光的横截面上光波的振幅、相位或偏振发生变化，从而将信息载入该光束，产生物光。本实施例中生成五维数据页对应的全息图后，将全息图加载到空间光调制器中，以便后续步骤中产生携带五维数据信息的物光。空间光调制器按照接收信息的不同，可以分为光寻址和电寻址两种主要类型，在一具体实施例中，所述空间光调制器为液晶空间光调制器(Liquid Crystal on Silicon，Lcos)或数字微镜器件(Digital MicromirrorDevice，DMD)，所述空间光调制器的调制类型为振幅和相位型。

在一具体实施例中，步骤S200中所述采用计算全息技术生成所述五维数据页对应的全息图的步骤包括：

S210、对所述五维数据页进行离散采样，得到所述五维数据页对应的离散傅里叶变换谱；

S220、对所述离散傅里叶变换谱进行编码，确定全息图透过率函数；

S230、根据所述全息图透过率函数，生成所述五维数据页对应的全息图。

由于计算机只能处理离散型的数据，而实际数据往往是连续分布的，为了能在计算机中最精确的描述五维数据，首先需要根据奈奎斯特采样定理对五维数据页进行离散采样，得到五维数据页对应的离散傅里叶变换谱，然后对离散傅里叶变换谱进行编码，确定全息图透过率函数。对离散傅里叶变换谱进行编码时，是对离散傅里叶变换谱的振幅和相位进行编码，将离散傅里叶变换谱的光场复振幅分布变换为全息图的透过率函数分布，其中，对振幅编码可以通过控制全息图上抽样单元的透过率或开孔面积实现，对相位编码可以采用迂回相位编码。

确定全息图透过率函数即确定了每个单元开孔尺寸和位置后，就可以用计算机控制测绘仪产生原图，再经过缩版得到全息图。计算全息技术生成全息图的方法包括点源法、层析法、多视角投影法、菲涅尔波带法。在一具体实施例中，采用层析法生成全息图。

S300、利用RGB三色激光照射所述空间光调制器，形成物光。

前述步骤中提到空间光调制器是光学全息存储的信息输入器件，当具有一定光斑尺寸的光束通过空间光调制器后，激光的横截面上光波的振幅、相位或偏振发生变化，从而将信息载入该光束，产生物光。本实施例中将全息图加载到空间光调制器后，利用激光器产生的RGB三色激光照射空间光调制器，使得RGB三色激光的复振幅和波长发生变化，从而将五维数据信息载入RGB三色激光中，形成携带五维数据信息的物光。

S400、通过所述物光和参考光在存储介质中发生干涉，将所述五维数据记录于所述存储介质中。

激光器产生的激光光束被分为两束，一束为RGB三色激光照射到空间光调制器形成物光，另一束作为参考光照射到存储介质上，并与空间光调制器中形成的物光在存储介质中相遇并发生干涉，从而改变存储介质的光学性质，将五维数据记录于存储介质中。

在一具体实施例中，步骤S400之后还包括：

S510、通过所述参考光照射所述存储介质，生成衍射光；

S520、通过探测器采集所述衍射光，对所述物光进行再现，以获取所述五维数据。

将五维数据存储于存储介质后，当需要对五维数据进行读取时，通过参考光照射存储介质，记录在存储介质中的全息图衍射出光场，生成衍射光，通过探测器采集所述衍射光，对所述物光进行再现，再现的物光携带有空间光调制器加载的数据信息，经过探测器读取和计算机解码后即可获得五维数据。

在一具体实施例中，所述存储介质为多层体全息材料，所述存储介质包括由下至上依次设置的基质层、光致聚合物层以及保护层。请参考图3，体全息材料包括基质层31、光致聚合物层32以及保护层33；保护层33设于光致聚合物层32的上方，基质层31设于光致聚合物层32的下方，其中，基质层31的材质为聚乙烯(polyethylene，PE)，保护层33的材质为三醋酸纤维素(Triacetate cellulose，TAC)。体全息材料实质是一种光致聚合物，在一具体实施例中，体全息材料选择Covestro公司生产的Bayfol HX200，该材料无需湿处理或者化学处理，干涉记录方便快捷。

实施例二

基于上述多层体全息式五维数据存储方法，本发明还提供了一种多层体全息式五维数据存储系统。如图4所示，所述多层体全息式五维数据存储系统包括：依次设置在同一光路上的激光器(图中未示出)、空间光调制器1、存储介质3，与所述空间光调制器1连接的计算机(图中未示出)，与所述计算机连接的编码装置(图中未示出)。所述编码装置用于对五维数据进行编码，形成所述五维数据对应的五维数据页；所述计算机用于采用计算全息技术生成所述五维数据页对应的全息图，并将所述全息图加载到空间光调制器1；所述空间光调制器1用于接收所述激光器产生的RGB三色激光，形成物光；所述存储介质3用于接收所述物光和所述激光器产生的参考光，并通过所述物光和所述参考光在所述存储介质3中发生干涉，对所述五维数据进行记录。

具体地，所述五维数据包括三维位置信息、色彩信息以及灰阶信息，编码装置对五维数据的三维位置信息、色彩信息以及灰阶信息进行编码形成五维数据页后，将五维数据页传输至计算机，通过计算机生成全息图后加载到空间光调制器1，空间光调制器1通过激光器产生的RGB三色激光照射后，产生携带五维数据信息的物光，物光经过存储介质3后与激光器产生的参考光在存储介质3中产生干涉，从而将五维数据记录于存储介质3中。

继续参照图4所示，所述系统还包括探测器5，所述探测器5用于采集所述参考光经过记录有五维数据的所述存储介质3所产生的衍射光，并对所述物光进行再现，以获取所述五维数据。当需要读取存储介质3中的五维数据时，通过激光器产生的参考光照射存储介质3产生衍射光，衍射光经过探测器5后由探测器5采集，对物光进行再现，再现的物光携带有空间光调制器1加载的数据信息，经过探测器5读取和计算机解码后即可获得五维数据。

在一具体实施例中，所述空间光调制器1与所述存储介质3之间设置有傅里叶变化透镜前组2，所述傅里叶变换透镜前组2用于接收所述物光并对所述物光进行傅里叶变换形成第一傅里叶变换谱。RGB三色激光照射到空间光调制器1产生的物光经过傅里叶变换透镜前组2，形成第一傅里叶变换谱，随后第一傅里叶变换谱与激光器产生的参考光在存储介质3中发生干涉，将五维数据记录于存储介质3中。

在一具体实施例中，所述存储介质3与所述探测器5之间设置有傅里叶变换透镜后组4，所述傅里叶变换透镜后组4用于接收所述衍射光并对所述衍射光进行傅里叶变换形成第二傅里叶变换谱。参考光照射到记录有五维数据的存储介质3中产生的衍射光经过傅里叶变换透镜后组4，形成第二傅里叶变换谱，随后第二傅里叶变换谱经过探测器5采集，对物光进行再现，再现的物光携带有空间光调制器1加载的数据信息，经过探测器5读取和计算机解码后即可获得五维数据。

综上所述，本发明公开了一种多层体全息式五维数据存储方法及系统，方法包括：对五维数据进行编码，形成所述五维数据对应的五维数据页；采用计算全息技术生成所述五维数据页对应的全息图，并将所述全息图加载到空间光调制器；利用RGB三色激光照射所述空间光调制器，形成物光；通过所述物光和参考光在存储介质中发生干涉，将所述五维数据记录于所述存储介质中。本发明在传统体全息存储的基础上增加了色彩信息和灰阶信息，形成五维数据页，利用计算全息技术生成全息图，并通过干涉的方式将全息图记录到存储介质上，由于五维数据本身包含五维信息，不是利用复用技术提高存储密度，不存在一个区域记录多幅全息图的情况，在提高存储容量的同时有效避免了页内串扰、页间串扰。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。