光栅式自由立体显示技术的研究与分析

近年来在三维立体显示技术中,我们正经历着从眼镜式三维显示到自由式三维图像显示的跨越。本文通过分析人的立体视觉,阐述了基于双目视差原理实现左右眼视频图像分离的光栅式自由立体显示技术的具体工作原理及分析。     

跟踪式自由立体显示中一种降低串扰的显示方法

针对传统光栅式自由立体显示中立体图像出现的串扰甚至左右眼图像反转问题,在单用户的自由立体显示方式基础上,提出了移动图像子像素以跟踪头部运动的左右眼视差的三维图像显示方法,通过跟踪人眼位置,相应地移动图像的RGB子像素,实现视点物理位置的相对改变,从而修正头部移动过程中左右眼图像之间的关系。基于狭缝光栅式自由立体显示器的工作原理,根据其双目显示与串扰参数的计算公式,通过Matlab计算,导出了新旧两种方法在最佳观看距离处的串扰分布的表达式。Tracepro仿真验证结果表明,基于本文提出的方法能够校正视点位置而跟踪正确的左右眼图像,实现头部移动过程中减小甚至消除串扰的目的。     

自由立体显示效果测试综述

近年来,多种自由立体显示技术的实现手段如视差壁障、柱状透镜、多层投影技术等被提出。虽然其市场产品众多,然而,对于自由立体显示的效果测试方法和评价指标方面的研究现仍处于起步阶段,如何有效地判断自由立体显示技术的效果优劣,评价显示设备的质量,是自由立体显示技术发展的关键问题之一。本文首先论述了自由立体显示的常规测试方法,包括主观测试、客观测试、统计测试3类,进而对几种最新的基于亮度分析的典型自由立体显示效果测法和指标进行了技术分析;最后总结了自由立体显示测试的发展方向,指出其会向主观与客观测试结合,仿生人类视觉的信息采集、信息处理方向发展,以使对其显示效果的测试更全面,结果更接近人的真实感受。     

基于视差照明原理的自由立体显示几何建模

在普通液晶显示器的背光源与LCD屏之间插入一块特殊的光栅板是主流自由立体显示器基本配置,照明盒与光栅板结合构成视差照明方式实现对LCD屏的照明。视差照明的基本功能是将LCD屏奇、偶像素列所对应的图像分别送入视者的左、右眼。本文从视差照明原理出发,依据几何光学原理建立自由立体显示器配置参数(光栅板和LCD屏的结构参数以及二者的位置等参数)与立体视觉参数(视者位置、双目瞳距和立体视带等参数)之间的关系的理论模型,为立体显示器的设计及其立体视觉性能评价提供理论支持。     

立体显示技术的研究进展

立体显示技术从观看者是否佩戴设备进行观看可以分为头戴式和裸眼式两种类型。其中头戴式又可以分为偏振眼镜、互补色眼镜、快门眼镜、头盔等技术;裸眼式可以分为光栅式、全息式、集成成像和体显示。分类介绍头戴式和裸眼式立体显示技术的原理、结构、各自的优缺点以及最新研究进展,分析了当前立体显示技术的现状,展望了立体显示的未来。     

立体图像对校正技术在三维显示中的应用

基于相机阵列的立体视差图像获取是3D立体显示技术的关键步骤之一,它为立体显示提供了丰富多彩的图像源;由于平行摆放的阵列相机拍摄得到的视差图像没有梯形失真和垂直视差,经3D显示设备后不会使观众产生视疲劳,因此,人们在视差图像获取时常采用时平行摆放的相机阵列.然而,在实际的操作中是很难达到这样理想的条件;本文针对常用的非平行摆放的双相机,经由图像校正的处理方法,来获得相同条件下平行式相机拍摄的效果;通过实验表明,该方案简单易行,效果良好,经3D自由立体显示后,观看的舒适度得到了提高.     

视差自由立体显示中莫尔条纹消除的研究进展

视差自由立体显示中视差生成元件参数的不合理设定会导致影响三维图像的莫尔条纹产生。因此,莫尔条纹消除是视差自由立体显示中的关键问题之一。本文简单介绍了3种视差自由立体显示原理。综述了视差自由立体显示中的避免莫尔条纹产生和莫尔条纹最小化2种莫尔条纹消除技术,着重介绍了莫尔条纹最小化技术,包括工程实验、莫尔条纹图像仿真、余弦光栅叠加模型近似分析和序数方程方法和傅里叶分析方法的一致性分析等技术。其中后2种技术给出了视差自由立体显示中莫尔条纹最小化的详细理论分析和解释,并为其他视差自由立体显示技术提供了设计依据。     

虚拟现实中立体显示技术研究

阐述立体视觉及双目视差原理.采用双中心投影算法,介绍立体图像时生成的有关计算公式,详细描述OpenGL立体显示一个立方体的步骤,并借助红绿滤光眼镜观察生成的立体图像对.结果表明,采用双中心投影算法可以得到较好的立体效果,可广泛使用于建筑物和视景漫游等多种场合.     

基于柱面光栅的液晶三维自由立体显示

根据双目视差原理和柱面光栅的分光特性研制了液晶三维自由立体显示器.该立体显示器由二维平板液晶显示器和柱面光栅有机耦合而成.采用九个视差图实现了三维静态、动态和视频的显示效果.一个19英寸的立体显示器具有相对应的平面显示器相同的亮度、对比度和色彩,其分辨率在垂直和水平方向都有合理的下降.该立体显示器的观看距离是(1000±500)mm,视角为 90°,可供多人不戴立体眼镜就能自由观看立体图像.     

自由立体显示中的背光系统设计

为实现自由立体显示,本文提出了一种新型指向性背光结构,配合人眼跟踪系统,分时显示具有视差的立体图像对,基于视差原理实现了高清分辨率的多用户自由立体显示。着重阐述了多光程结构、菲涅尔透镜以及掠入射的光路系统,以及从这三方面产生的效果。实验表明,三者的结合能产生良好的背光效果,最终实现了具有较强立体感的无分辨率损失的自由立体显示。     

自动立体显示技术及测量

主要介绍了自动立体显示的基本原理及实现方式.介绍了国际标准的制订情况,包括IEC标准和IDMS标准,重点介绍IEC标准的测量条件、测量点、测量位置和测试信号等基本条件,以举例的形式详细介绍IEC标准中最大亮度方向和串扰的测量步骤,以及IDMS标准中双视点串扰的测量步骤.分析目前测量实现过程中存在的技术难点和应注意的问题.     

自由立体显示中的实景立体影像获取方法

获取适当位差的立体影像是自由立体显示系统的重要环节.针对该问题,提出了无导轨实景拍摄立体影像的过程和方法.分析并计算了立体包容范围与相机间距的关系,建立了立体场景包容范围模型.在测量自制各尺寸显示器的水平视差极限后,给出了最佳拍摄间距,为立体实景拍摄和制作提供了理论依据.     

自由立体显示中降低串影干扰的背光控制系统

为实现自由立体显示, 提出了一种新型指向性背光结构, 配合人眼跟踪系统, 分时显示具有视差的立体图像对, 基于视差原理实现了高清分辨率的多用户自由立体显示。着重阐述了基于AVR单片机的发光二极管阵列时分立体显示背光控制系统, 并针对视差立体显示中一直存在的串影问题, 从背光控制层面提出了3种改善方法:降低背光点亮时间占空比, 倍速刷新液晶显示屏以及卡尔曼预测插值背光刷新数据。实验表明, 这3种方法可有效改善串影问题, 最终实现了具有较强立体感的无分辨率损失的自由立体显示。     

大动态宽幅度自由立体显示背光控制系统

提出并实现一种大动态宽幅度自由立体显示背光控制系统。本系统采用LCD作为基本显示屏幕,以柱镜光栅作为指向性光学部件,以LED阵列作为可寻址背光组件,以步进电机改变栅屏距离,采用Atmega128单片机作为控制处理器,辅以高精度实时人眼跟踪模块与之通信。本系统的大动态体现在观看视角较大且连续,宽幅度体现在可同时满足多个有效观看距离。     

中小尺寸自动立体显示器结构及视差栅栏设计的研究

视差栅栏方式的立体显示技术是现在主要的自动立体显示技术。由于中小尺寸的自动立体显示器比大尺寸的自动立体显示器影像小很多，因此需要更短的可观看距离和更宽的视阈。本文主要对中小尺寸的自动立体显示器结构和视差栅栏的设计进行了相关的讨论。这对于这类立体显示器的设计和应用具有一定的意义。     

狭缝光栅自由立体显示器的立体图像串扰度

为了表征狭缝光栅自由立体显示器存在的左右眼视差图像的混叠程度,提出了立体图像串扰度C的概念。根据狭缝光栅自由立体显示器的结构和工作原理,应用几何光学知识,分析得出了立体图像串扰度C的计算公式,并给出了一个具体的狭缝光栅自由立体显示器的计算结果。通过观看实验,证明了所定义的立体图像串扰度C可以定量描述观看者在立体可视区域看到的立体图像的串扰程度。     

微柱透镜自由立体前投影显示亮线的产生原因及消除方法

主要研究并设计了消除自由立体前投影显示亮线的增透膜系。分析了显示亮线产生的原因,该亮线是由微柱透镜表面的反射造成的。选用Ta2O5和SiO2设计了13层高硬度和高透过率的增透膜。三者的热膨胀系数基本一致,避免了膜层的断裂。该膜系的SiO2膜层总厚度大于1μm,大大提高了增透膜的耐摩擦性。Ta2O5膜层总厚度只有33.1nm,大大减少了高温蒸发时间,避免了PMMA板材的高温变形。镀膜后透镜板在可见光波段透过率理论最高可达98%左右,消除了表面反射亮线,大大提高了柱镜板的透过率。     

立体显示技术最新进展

介绍了立体显示系统的基本组成及其技术进展.分析了各种立体显示系统的原理和方法,并对它们的性能进行比较.对当前各种立体显示主流产品进行介绍,并展望了立体显示技术的发展方向.     

视差与空间频率对自由立体显示器观看舒适度的影响

观看舒适度是评价自由立体显示器性能的重要指标。立体图像的视差和空间频率影响人眼的感知深度,从而对观看舒适度有重要作用。本文采用3DS MAX三维建模软件和Photoshop图像处理软件得到不同视差和空间频率的立体图像,通过观看舒适度的客观度量结合主观评价确定视差及空间频率与观看舒适度的关系,得出观看舒适度较高时的视差范围和与之相对应的空间频率范围。实验表明,立体图像低空间频率所致的模糊可以增加观看舒适度。