3D(三維)顯示器可以向觀看者提供傳統2D(二維)顯示器所不能提供的深度信息,其信息量更加豐富,有人預言它將成為下代的主流顯示設備。隨著3D大片《阿凡達》的熱播以及世界杯首次進行的3D轉播,3D顯示受到越來越多的關注。
在多種3d全息展示柜的3D顯示技術之中,光柵3D顯示技術因具有成本低、簡單易實現、易于產業化等優點而備受人們青睞。傳統的光柵3D顯示器由2D顯示器和柱透鏡光柵或狹縫光柵兩部分精密耦合構成,由于受到2D顯示器分辨率、尺寸等參數的制約,難以實現大尺寸、高分辨率的3D圖像顯示。
云泰達提出兩種基基于柱透鏡和狹縫光柵的投影3D顯示系統,這兩種系統除了具有傳統光柵3D顯示器的簡單易實現、成本低等優點之外,還易于實現高分辨率、大尺寸的3D圖像顯示。另外,3d全息展示柜3D圖像質量的評價是3D顯示技術發展不可或缺的一部分,本書提出了一種對投影3D顯示圖像進行評價的方法,該方法能夠反映3D圖像在深度方向上的特性。該評價方法能廣泛用于助視/光30圖像質量的評價。
云泰達具體研究內容分為以下三個部分。
(1)提出一種基于柱透鏡和狹縫光柵的投影3D顯示系統。該系統由投影機陣列、柱透鏡光柵、背投影屏、狹縫光柵組成。投影機陣列水平放置并投射出多幅視差圖像,經過柱透鏡光柵后生成幅合成圖像并顯示在背投影屏上,利用放置在背投影屏前面的狹縫光柵的遮擋作用將合成圖像中的不同視差圖像分光至正確的視點,從而實現3D顯示。柱透鏡光柵的像差直接影響合成圖像的質量,而合成圖像的質量又直接影響3d全息廣告機的3D顯示效果,因此,我們采用ASAP軟件進行模擬仿真實驗,優化設計柱透鏡光柵參數使其像差最小。實驗結果表明柱透鏡光柵的折射率越大、孔徑角越小,像差就越小,這為具體柱透鏡光柵的選擇提供了依據。此外還模擬仿真了合成圖像的生成過程,驗證了理論設計的正確性。無畸變、無垂直視差的視差圖像是獲得良好3D顯示效果的前提,為此,我們采用單應性原理對視差圖像進行校正,使多幅投影視差圖像在投影屏上顯示在同一矩形區域內,消除了視差圖像之間的垂直視差和圖像的畸變;搭建了一套50In(英寸,11n=0.025m)的投影
3D顯示系統,并對其視區的光強分布做了測試,以此來評估3D顯示系統的分光性能。該系統實現了大尺寸、高分辨率的3D圖像顯示,3D顯顯示效果良好。
(2)為了進一步提升3D圖像的亮度,我們提出一種基于雙柱透鏡光柵的投影3D顯示系統該系統由投影機陣列、合圖柱透鏡光柵、背投影屏、分光柱透鏡光柵組成。投影機陣列投射出多幅視差圖像,經過合圖柱透鏡光柵的折射后生成一幅合成圖像并顯示在背投影屏上,利用放置在背投影屏前面的分光柱透鏡光柵將合成圖像中的不同視差圖像分光至正確的視點,從而實現現3D顯顯示。設計了復合柱透鏡光柵來增大柱透鏡光柵的焦距,以改善投影3D顯示系統的的觀看距離。討論了投影3D顯示系統元件的裝配對3D顯示效果的影響,包括合圖柱透鏡光柵和分光柱透鏡光柵之間的
相對傾斜角度、合圖柱透鏡光柵的焦平面與背投影屏之間的距離以及分光柱透鏡光柵和合成圖像像素之間的水平相對位置。搭建了一套50in的投影3D顯示系統,相比基于柱透鏡和狹縫光柵的
投影3D顯示系統,該系統的3D圖像亮度提高了近2倍,大大提高了光利用率。采用模擬和實驗兩種方法驗證了投影3D顯示系統的分光效果,得到的結果和理論設計一致。該系統實現了大尺寸
高分辨率和高亮度3D圖像顯示,3D顯顯示效果良好。
(3)提出一種對助視/光柵3D圖像評價的方法,該方法可以反映3D圖像在深度方向上的特征。采用主觀評價的方法驗證人眼對3D圖像深度平面離散分布的感知,驗證結果表明,2D顯示器的像素節距越大,3D圖像深度平面離散分布越明顯。定量計算了離散深度平面的分布,定義深度方向上每英寸內的深度平面數為3D圖像深度分辨率,定量地表示了3D圖像在深度方向上的分布情況。以人眼的視差融合能力和立體視覺閾值為依據,分別計算了3D圖像的有效立體像區和立體視覺閾值分辨率。當3D圖像深度分辨率大于人眼的立體視覺閾值分辨率時,人眼無法感知到3D圖像深度平面的離散分布,3D圖像在深度方向上看起來就是連續的,3D顯示效果就好,反之,3D圖像在深度方向上看起來就是不連續的,3D顯示效果就不好。研究了立體視黨國值分辨率和3D圖像深度分辨率與相關參數,包括2D顯示器的像素節距、觀看距離等的變化關系,得到3D圖像深度分辨率大于人眼的立體視覺國值分辨率的條件。
