基于二维旋转屏的体三维显示系统像素属性分析

介绍了利用视觉暂留效应、高速扫描处于快速旋转中的二维显示屏,从而在三维实空间内再现图像的体三维显示系统.体像素是与三维图像空间内的点对应的图像信息的表述单元,其形状、位置、数目及密度分布等属性,直接影响图像的再现质量和系统的整体性能.对决定体像素属性的屏幕像素尺寸、排列规律及刷新率间的匹配关系进行了建模和量化分析,并从实验上说明了体像素的空间密度分布不均匀时,会导致在显示空间不同位置的同一原始模型有不同的再现效果.     

新型自动立体显示背光板的光学设计

立体显示技术的研究主要是解决虚拟现实领域的三维视觉问题。自动立体显示是不需要配戴特殊眼镜的,使用一个二维平面空间显示屏显示至少一对满足双眼视差的立体图像。当人的双眼接受到具有视差的立体图像对时,在视网膜上形成视差像,经大脑神经系统的融合,从而产生深度感。提出了一种全新的实现自动立体显示的折射式方法,设计了基于此方法的一种新型折射式的、结构简单的、通过透射显示屏(如液晶显示屏)实现自动立体显示的背光系统。根据视差立体显示参量模型,建立了光学系统的结构参量以及分析了光学材料的性质对实现立体显示的影响,并运用先进的光学设计软件进行设计、模拟。     

利用空间光调制器实现计算全息三维显示

针对目前三维物体计算全息算法数据量大、计算速度慢及共轭像影响再现效果问题,提出一种全息体视图计算方法。根据人眼双目视差立体视觉原理,由摄像机获取三维物体不同角度的二维序列视差图像,通过计算全息算法得到多视角全息图,合成三维物体全息体视图。在迭代傅里叶变换算法的基础上,采用预设初始相位并增加反馈因子的方法,提高相息图的计算效率。基于液晶空间光调制器构建光学系统,对计算的全息体视图进行了光学再现。结果表明:该方法有效地排除了共轭像的干扰,相息图的迭代计算效率提高30%以上,再现图像与目标图像的结构相似度大于0.85。     

基于扫描振镜及数字微镜显示器控制的静态体三维显示系统

本文介绍了一种波长宽、响应快的静态体三维显示系统,包括显示介质、控制系统及激光系统三部分。实验中,选取具有双频上转换效应的NaYF4∶Er@NaGdF4∶Yb@NaYF4∶Er纳米晶溶液作为显示介质。控制系统选用1024×768的数字微镜显示器（DMD）及扫描振镜对红外激光进行投影,使用成像光学软件将立体图像的二维切片转换为DMD/扫描振镜的控制信号。激光系统选用1550 nm和850 nm的红外激光,用适当的光学元件调整光束和光路。最终在纳米晶的环己烷溶液中（1 mmol/mL）以30×1024×768的分辨率实现了绿色（532 nm）三维图像体的快速扫描,图像无闪烁、深度线索自然、可360°观看。该显示系统对材料性能要求不高,搭建方便,显示效果明显,为上转换材料在三维显示领域的初步研究及大尺寸体三维显示技术的探究提供了参考。     

平行摄像机阵列移位法获取视差图像的研究

平行摄像机阵列移位法是一种摄像机阵列获取三维场景的视差图像的新方法.该方法在平行摄像机阵列法的基础上,将获取的视差图像进行平移处理,获得了立体显示所需的具有正、负水平视差的视差图像,且这些视差图像没有楔形失真和垂直视差.该方法集中了会聚摄像机阵列法和平行摄像机阵列法两种常规方法各自的优点并摒弃了其缺点.实验证实,所获取的视差图像在光栅式自由立体显示器上得到了三维场景的清晰逼真再现显示效果.     

基于视场拼接的全视差三维显示系统

提出了一种新的基于视场拼接的全视差三维显示方法及图像生成方案.系统核心部分由一个微投影机阵列、一个反射光路和一个散射屏组构成,图像生成方案采用基于OpenGL的算法实现.为了验证所提出的基于视场拼接理论的正确性,利用液晶显示器、菲涅耳镜组、定向散射屏和背投式反射光路搭建了实验样机.该装置可以在更紧凑的系统结构下显示包括横向视差和纵向视差在内的三维图像,并且通过图像生成算法的配合实现了动态三维显示效果.     

基于光场相机的全视差三维显示

针对光场相机采集的三维信息在显示时只能呈现非常窄的视差问题,对光场相机信息记录过程进行了分析,提出一种将光场数据转化为元素图像阵列(EIA),并对EIA中的物体进行重新采样以调整深度的全视差三维显示方法。为了验证该方法的有效性,使用光场相机采集真实三维物体,利用所提方法对光场图像进行处理后,将其在深度优先集成成像(DPII)系统中进行显示。实验结果表明,利用所提方法可以实现光场数据的全视差三维显示。     

基于视场拼接的全视差三维显示系统

提出了一种新的基于视场拼接的全视差三维显示方法及图像生成方案.系统核心部分由一个微投影机阵列、一个反射光路和一个散射屏组构成,图像生成方案采用基于OpenGL的算法实现.为了验证所提出的基于视场拼接理论的正确性,利用液晶显示器、菲涅耳镜组、定向散射屏和背投式反射光路搭建了实验样机.该装置可以在更紧凑的系统结构下显示包括横向视差和纵向视差在内的三维图像,并且通过图像生成算法的配合实现了动态三维显示效果.     

平面三维显示技术的研究现状

平面三维显示技术是近年来最新出现的虚拟现实显示技术,其最大的特点是观察者无需使用任何辅助附加设备,直接用肉眼就可看到屏幕上显示的三维图像。为推进三维显示技术的发展,进一步研究了视差立体成像原理,并据此介绍几种平面三维显示方法及其工作原理,包括障栅立体显示、微柱透镜阵列立体显示、偏振片立体显示和基于微柱透镜立体显示原理的多视点系统,阐述并分析了系统的优缺点。以日本三洋公司的四视角立体显示装置、南京大学的多视点三维显示系统和NEC液晶科技的HDDP三维显示系统为例,描述了国内外该项技术近期的研究现状,分析了存在的技术难点,展望了该应用领域的发展前景。     

体三维显示系统中基于几何近似法的灰度偏差研究

基于旋转二维发光二极管(LED)阵列的体三维显示系统中,原始数据被体索化后产生灰度偏差.介绍了在扫描映射法下用几何近似法计算体素点灰度偏差.建立两组立方体模型,通过计算它们体素化后的平均厌度偏差和灰度均方差,分析灰度偏差对显爪结果的影响.结果表明图像的厌度细节越丰富,灰度偏差对显示结果的影响越大.一般情况下灰度偏差对显示图像的影响不大,但当所显示的图像细节十分丰富时,可能会因灰度偏差引起较严重的失真.除了通过改善硬件条件可减小偏差外,还可通过优化体素化算法,在一定程度上修正厌度偏差.给出偏差修正前后的模型仿真对照图以及实际显示的图像照片,修正后的仿真图中少了因偏差引起的杂散点.     

Real time 3D visualization of ultrasonic data using a standard PC

This paper describes a flexible, software-based scan converter capable of rendering 3D volumetric data in real time on a standard PC. The display system is used in the remotely accessible and software-configurable multichannel ultrasound sampling system (RASMUS system) developed at the Center for Fast Ultrasound Imaging. The display system is split into two modules: data transfer and display. These two modules are independent and communicate using shared memory and a predefined set of functions. It is, thus, possible to use the display program with a different data-transfer module which is tailored to another source of data (scanner, database, etc.). The data-transfer module of the RASMUS system is based on a digital signal processor from Analog Devices--ADSP 21060. The beamformer is connected to a PC via the link channels of the ADSP. A direct memory access channel transfers the data from the ADSP to a memory buffer. The display module, which is based on OpenGL, uses this memory buffer as a texture map that is passed to the graphics board. The scan conversion, image interpolation, and logarithmic compression are performed by the graphics board, thus reducing the load on the main processor to a minimum. The scan conversion is done by mapping the ultrasonic data to polygons. The format of the image is determined only by the coordinates of the polygons allowing for any kind of geometry to be displayed on the screen. Data from color flow mapping is added by alpha-blending. The 3D data are displayed either as cross-sectional planes, or as a fully rendered 3D volume displayed as a pyramid. All sides of the pyramid can be changed to reveal B-mode or C-mode scans, and the pyramid can be rotated in all directions in real time.     

折/衍混合微光夜视头盔显示器光学系统设计

设计了穿透式双通道单目微光夜视头盔的光学系统。其中微光物镜视场角为± 14°,f数为 1.4 ,含有一个衍射面。设计结果可兼容输入面尺寸为18mm ,面型为平面的二代和三代微光像增强器 ;最大畸变小于 0 .5 % ,可用于夜间精确瞄准与测量。考虑黑暗环境使用的安全问题 ,显示系统采用穿透式双通道单目光学系统 ,实现内部图像和外部真实世界的同时观察。显示系统的特性参量为 :出瞳尺寸为 15mm (H)× 10mm (V)、视场为[± 14°(H) ]× [± 10° (V) ]、出瞳距离为 2 5mm。采用全息组合器大大提高能量利用率。设计结果系统角分辨力为0 .6mrad ,最大畸变为 3%。显示系统结构紧凑 ,可与输出面尺寸为18mm的图像源相连。     

Aberration improvement of the floating 3D display system based on Tessar array and directional diffuser screen

The floating 3D display system based on Tessar array and directional diffuser screen is proposed. The directional diffuser screen can smoothen the gap of lens array and make the 3D image’s brightness continuous. The optical structure and aberration characteristics of the floating three-dimensional (3D) display system are analyzed. The simulation and experiment are carried out, which show that the 3D image quality becomes more and more deteriorative with the further distance of the image plane and the increasing viewing angle. To suppress the aberrations, the Tessar array is proposed according to the aberration characteristics of the floating 3D display system. A 3840?×?2160 liquid crystal display panel (LCD) with the size of 23.6 inches, a directional diffuser screen and a Tessar array are used to display the final 3D images. The aberrations are reduced and the definition is improved compared with that of the display with a single-lens array. The display depth of more than 20 cm and the viewing angle of more than 45° can be achieved.     

Three-dimensional display by use of integral photography with dynamically variable image planes

A computer-generated integral photography system operating with a variable image plane is proposed. In this scheme, the gap between a lens array and a display panel is adjusted in real time. A synchronized elemental image array for real or virtual mode is integrated in front of or behind the lens array. This integration gives an observer an enhanced perception of depth. The proposed method can be applied to animated three-dimensional imaging.     

裸眼3D LED显示的全息透镜板在线拼接的检测方法

全息透镜板的高精度拼接与装配是基于全息透镜技术的大屏幕LED裸眼3D显示系统搭建中的关键问题。理论计算与实验结果表明,全息透镜板与LED显示模组横向相对位置误差小于1.332mm时,可以满足显示的要求。基于裸眼3D显示系统的投射条纹,提出了基于投射条纹的全息透镜板位置实时调整方法。依据此方法提出了基于极大值测量条纹中心间距的图像处理算法,并结合LabView编写了图像处理程序。实验结果表明,使用该方法测得的亮暗条纹间距的测量精度为0.1mm,反算出全息透镜板与LED屏之间的位置误差小于0.03mm,满足实时调整全息透镜板位置的要求,可以作为全息透镜板在线拼接的检测方法。     

Full-parallax three-dimensional display using new directional diffuser

A full-parallax three-dimensional(3D) display using a new directional diffuser is demonstrated.The display could present 3D images with 45 views comprising 9 horizontal views by 5 vertical views.The resolution and size of the 3D images displayed are 226×226 pixels and 300×300(mm).The new directional diffuser consisting of two perpendicular lenticular sheets can be widely used in the display domain owing to its low cost and simple process.