声光栅正弦结构光投射器的光学系统设计

针对一种新型的声光波干涉测量技术,对声光栅正弦结构光投射器的三维测量工作原理进行了系统的分析,讨论了影响投射器光学系统结构的因素和影响接收屏上的光照度的因素,并进行了光学系统设计。在优化设计过程中,采用了限制光线最大入射角的方法,达到控制投射系统的球差和保证接收屏上照明均匀的要求。所设计的声光栅正弦光投射器具有很好的成像质量。应用该系统对在500mm处的石膏像上投射干涉条纹,可以得到能量比较均匀、变形量很小的干涉条纹图,利用该条纹图和相关的算法可以对具有复杂几何形状的物体进行有效的三维测量。     

投射阴极射线管图象

乍一想,在一个小的阴极射线管上产生显示,然后用透镜系统(如图)把它投射到屏上。或把它用照相的方法照下来,然后通过胶片投射出去,似乎并不困难。但是用电子枪轟击荧光屏来产生一个很亮的光源比起单纯做一个很亮的投影灯要困难得多。用电子轟击光体产生它可能有的最强的亮度,从而在一个12×16呎的屏上产生的显示,其亮度只有电影的1/8。     

一种基于同步多曲面方法的LED定向照明设计

提出了一种对大功率LED出射光实现定向控制的投射器设计方法。根据LED的出射光分布以及预定的光分布范围选用折射-全反射(TIR)光学系统。首先利用光学扩展量守恒以及同步多曲面方法求得TIR各折射面和全反射面轮廓曲线上点的坐标,然后再在UG中对坐标点进行曲线拟合得到轮廓曲线,进而得到TIR模型及适合数控加工的面形数据。结果表明:用该种方法设计的投射系统结构紧凑、光能传输效率高;能有效地实现对LED出射光的收集和定向控制;有助于LED的应用和照明系统的后续设计。     

轻小型广角投影物镜的设计

为实现数字投影机的小型化和轻量化,设计了一款适用于0.55 inch数字微反射镜芯片的小型广角投影物镜.该投影物镜总长69 mm,全口径25 mm,由5片玻璃透镜,2片塑料透镜(4个非球面)组成.系统采用像方远心的反远距结构形式,用Zemax软件实现优化设计.F数为F/2.4,投射比为0.73∶1,即60 cm处可投射...     

4k数字放映机广角放映镜头的设计

为满足4k电影的短距离放映需求,设计一款广角放映镜头,可适配于采用三芯片DMD技术的放映机,最大投射比可达0.75∶1,相对孔径为1/2.2,反远比为4.6∶1,在66 lp/mm的Nyquist频率处,MTF值为0.42,边缘视场MTF值为0.25。最大横向色差为3.7 m0.5 pixel,最大畸变为2.5%。分析了反远距形式的特点,给出了合理选型、分配光焦度和计算关键技术参数的方法,以及像差校正过程中应注意的问题。最终设计出了符合设计指标的具有高分辨率的广角放映镜头,该镜头结构简单、成本低。     

高速旋转物体频闪在线相位测量轮廓术

为了实现高速旋转工件的在线三维面形检测,提出一种高速旋转物体频闪在线相位测量轮廓术(PMP)三维测量方法。利用圆形正弦光栅替代线形正弦光栅,采用高密度二元编码光栅替代灰度编码光栅,设计专用频闪同步控制单元同时触发投影系统频闪投射相移光栅和图像采集单元同步获取图像,获得物体在同一"冻结"位置下的相移变形条纹后,采用静态PMP相移算法重建物体的三维面形信息。实验结果表明,该方法具备可行性和实用性,可有效避免工件离线检测时多次装夹不一致引入的加工误差,能够提高工件的检测效率和加工效率,可用于其他高速旋转物体的三维面形重建。     

飞行模拟器用投射系统设计

研究了一种瞄准镜用飞行模拟器投射镜头的设计,并给出了模拟器投射镜头的设计实例。模拟器由显示系统、屏幕、投射系统、反射镜组成,模拟图像信号送入模拟器的显示系统,显示系统将视景仿真模拟图像信号投射到屏幕上,屏幕位于投射系统的焦平面上,瞄准镜对由模拟器进入的光线成像实现成像模拟。投射系统由周边系统、中心系统共9路光学镜头组成,投射系统周边系统、中心系统对应于瞄准镜的中心系统与周边系统,中心系统与周边系统的物面位置重合即共物面;中心系统采用摄远物镜镜形式缩短了镜头长度结构更加紧凑。周边系统焦距为f=263．02mm,视场角为2ω=17°,全视场畸边〈0．4％,在屏幕的Nyquist频率处全视场的MTF〉0．9,系统长度330mm;中心系统焦距为f=295．00mm,视场角为2ω=17°,全视场畸变〈0．37％,在屏幕的Nyquist频率处全视场的MTF〉0．9,系统长度283．2mm。投射系统采用全口径出光,同时系统通光口径略大于敏感器的通光口径,降低了系统装配的精度。     

基于条纹反射术的槽式抛物面单元镜面形测量

针对太阳能热发电槽式抛物面聚光器单元镜面形测量的问题,采用条纹反射技术和时域相移解包裹技术相结合的方法,在三维轮廓测量系统模型的基础上,建立了一个结构简单、易操作的测量系统。在对系统设备无任何严格要求的前提下,利用投影仪向投影屏幕上投射正弦条纹,由相机拍摄记录单元镜反射产生的条纹,根据标定的系统参数及三维轮廓测量系统模型来计算单元镜表面面形。通过现场实验,获取了单元镜的面形分布情况,结论证明该测量方法的可行性。该测量系统的建立为以后的测量工作提供了一定的参考,并在太阳能热发电领域有很好的应用前景。     

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。     

基于自适应条纹的高反光表面三维面形测量方法

提出了一种基于图像融合和插值预测的自适应条纹投影方法。该方法首先基于多幅掩模图像融合求取了最佳投影灰度值所需的饱和阈值,并结合插值预测查找算法求得了最佳投影灰度值;然后通过降低整体投影强度,在不饱和情况下进行了坐标匹配,最终生成自适应条纹;最后将生成的自适应条纹投射至被测物体,并利用外差式多频相移法进行了相位解算和三维面形重构。实验结果表明:所提方法实现了局部过曝区域的相位信息的完整提取,绝对方向和正向的平均误差与标准偏差值均小于传统方法,且绝对方向平均误差减少了84.1%,正向标准偏差值减少了69.4%。所提方法有效地解决了高反光物体三维面形测量的难题。     

异形屏幕多通道投影显示渐变衍射光学融合的研究

分析了光学融合方法与电子融合方法的不同,对可见光的菲涅耳衍射与多层减透膜渐变衍射进行了分析、仿真和实验,在此基础上提出了在异形屏幕多通道投影中采用多层减透膜渐变衍射光学融合的方法。此方法在亮、暗场景下都可以消减通道间重叠区域的光强增加,以实现异形屏幕无缝全景图显示亮度参数的一致性。     

Subjective and Objective Quality Assessments of Display Products

In recent years, people’s daily lives have become inseparable from a variety of electronic devices, especially mobile phones, which have undoubtedly become necessity in people’s daily lives. In this paper, we are looking for a reliable way to acquire visual quality of the display product so that we can improve the user’s experience with the display product. This paper proposes two major contributions: the first one is the establishment of a new subjective assessment database (DPQAD) of display products’ screen images. Specifically, we invited 57 inexperienced observers to rate 150 screen images showing the display product. At the same time, in order to improve the reliability of screen display quality score, we combined the single stimulation method with the stimulation comparison method to evaluate the newly created display products’ screen images database effectively. The second one is the development of a new no-reference image quality assessment (IQA) metric. For a given image of the display product, first our method extracts 27 features by analyzing the contrast, sharpness, brightness, etc., and then uses the regression module to obtain the visual quality score. Comprehensive experiments show that our method can evaluate natural scene images and screen content images at the same time. Moreover, compared with ten state-of-the-art IQA methods, our method shows obvious superiority on DPQAD.     

基于最大和最小光强图像的偏振去雾方法

相对于传统光学探测技术,偏振探测在目标探测、识别方面有着独特的优势。针对雾、霾等天气下图像退化的问题,提出一种利用偏振信息的图像去雾方法,通过获取3个角度下目标的偏振图像,求解出场景目标的斯托克斯矢量,从斯托克斯矢量与穆勒矩阵的关系出发,分析偏振图像光强随着偏振角度的变化规律,获取最大和最小光强下的正交偏振图像,利用偏振滤波和亮通道先验方法分别估算大气光偏振度和其无穷远处大气光强值,最终重构出无雾图像。实验结果表明,在雾霾天气下,利用获取的正交偏振图像能够重构出清晰的图像,且重构图像的平均梯度和边缘强度均提升了约3倍,灰度标准差提升了约88%。     

Multi-projector-type immersive light field display

A light field three-dimensional （3D） display with multi-projectors and a concave screen is proposed. The system sets the viewing area at the center of the concave screen, making viewers enter the center of the system to watch 3D scene around them. The surrounded 3D scene provides viewers a feast of enhanced immersive experience. The light field principle, rendering algorithm, selection of viewing area and experi- mental results are discussed in the letter, showing the potential of being an all-around-type immersive 3D display by employing more projectors.     

远距离成像汽车平视显示光路结构设计

针对汽车AR-HUD显示虚像视距更远、虚像视场角更大的需求,采用自由曲面离轴反射光路结构,设计了一种焦距为-309 mm,虚像视距为7.5 m,虚像视场角为9.8°×5.5°的虚像显示光路。为保证驾驶员观察到的虚像的清晰度,结合人眼典型分辨角为1′,源图像显示模块采用分辨率为854×480 pixel的背投式DLP微投影系统。将人眼与虚像显示光路作为整体进行设计,使用Eyebox(孔径光阑偏移范围)模拟驾驶员眼睛活动范围,对于不同的孔径光阑位置,该光学系统的虚像面在奈奎斯特空间频率0.33 lp/mm处,中心视场MTF值大于0.6,全视场MTF值大于0.3。此外,使用蒙特卡罗方法对该系统取不同入瞳位置时进行了初步公差分析,系统90%的MTF值大于0.49,表明该系统容差能力较强。     

360 degree realistic 3D image display and image processing from real objects

A 360-degree realistic 3D image display system based on direct light scanning method, so-called Holo-Table has been introduced in this paper. High-density directional continuous 3D motion images can be displayed easily with only one spatial light modulator. Using the holographic screen as the beam deflector, 360-degree full horizontal viewing angle was achieved. As an accompany part of the system, CMOS camera based image acquisition platform was built to feed the display engine, which can take a full 360-degree continuous imaging of the sample at the center. Customized image processing techniques such as scaling, rotation, format transformation were also developed and embedded into the system control software platform. In the end several samples were imaged to demonstrate the capability of our system.     

Wide-viewing projection-type integral imaging system with an embossed screen

A projection-type integral imaging system with an embossed screen is proposed to realize a wide viewing angle for the reconstructed image. The embossed screen is designed for virtual integral imaging in a projection-type system. It can enhance the viewing angle by increasing the effective region for each elemental image. The experimental result that verifies the merit of the proposed method is presented.     

一种单色全息平板波导显示系统的研究

设计了一种由耦出线性全息光栅和耦入体全息光栅组成的单色全息平板波导显示系统。该系统的工作原理是微型显示器发出的单色图像光波信息经过准直透镜后,通过耦入体全息光栅和耦出线性光栅把图像光波信息从平板玻璃的一端耦入,另外一端耦出,最终在出瞳位置进入人眼。介绍了全息光栅的特点,利用耦合波理论与K矢量闭合法理论推导全息光栅的视场角,同时介绍了全息光栅的设计方法,该方法是通过分束镜将激光分为物光波和参考光波,且按照一定的入射角度在全息干板上发生干涉来实现。模拟仿真结果表明:该系统显示视场角为18°×14°,出瞳距离为30 mm,传递函数MTF在30 lp/mm时均在0.3以上,满足目视系统的使用要求,可以应用于新一代头盔显示系统中。     

LED显示屏高光效高画面填充比光学设计与研究

针对传统LED显示屏光能利用率和图像画面填充比低的缺点,基于非成像光学理论,提出了一种提高光能利用率和画面填充比的全彩LED显示模块结构系统和设计方法。利用复合抛物面集光器CPC对LED管芯发出光线的发散角进行变换压缩,从而避免了外表面全反射损耗,大幅度提高了系统的光能利用率。利用积分方腔匀光原理和散射元件对光能的二次分配,提高了显示屏的画面填充比、单位像素均匀度及基色复用面积。作为实例,根据上述方法设计了一个P10 mm全彩LED显示模块,利用光学设计软件LIGHTTOOLS对该显示模块系统进行了仿真建模和光线追迹,并对设计结果进行了分析。结果表明,系统光能利用率大于70%,画面填充比接近100%,单位像素区域内均匀度好于85%。显示模块具有能量利用率高、高画面填充比、显示效果均匀柔和、易于生产和装调的优点。     

真实场景的三维视频采集及显示

提出了一种真实场景三维视频采集及彩色显示的方法.设计了一种采用条纹投影的实时三维成像系统及采用液晶空间光调制器的实时全息彩色三维显示系统.在三维成像系统中采用π相移正弦条纹与编码图案结合实现绝对相位测量,从而可以测量孤立物体.同时对采用数字微镜的投影仪进行改造,实现高速投影,并与高速摄像机配合实现三维视频采集.首先利用实时三维成像系统同时获取三维场景的彩色强度像和距离像;然后根据这些三维成像数据, 设计和制作计算菲涅耳全息图;最后在实时全息彩色三维显示系统中再现.三维信息的采集和显示速度达到了60帧每秒.