偏振式微型三维投影系统串扰测量及分析

针对偏振式微型三维(3D)投影系统,研究了其主要性能参数———串扰对立体再现质量的影响。搭建了串扰测量平台,分别对偏振式立体投影仪、金属屏幕以及偏振眼镜3部分带来的串扰进行了测量及分析,得出3部分的串扰大小依次递减。分析结果表明,偏振式立体投影仪在减小串扰方面有待进一步提高,并印证了在立体显示中金属屏幕性能对系统再现质量起着决定性作用。本文为偏振式微型3D投影系统再现质量好坏的评价提供了性能参数及量化指标,也为偏振式立体投影仪性能参数研究及测量提供了方法。     

时空混合控制式自由立体显示系统背光刷新方式优化研究

时空混合控制式自由立体显示是一种新型的自由立体显示技术,具有全分辨率和低串扰率优点,消除了背光源刷新与屏幕图像刷新不同步所导致的时域串扰率升高,这是时空混合控制式自由立体显示的关键问题之一。本文介绍了时空式立体显示系统的原理和动态背光的工作方式,提出了扫描式和垂直式两种不同的背光源刷新方式,着重对比了两种背光源刷新方式对屏幕亮度和串扰率的影响。通过实验测量给出了时空式自由立体显示系统背光源刷新的最优化参数设置。在优化配置条件下,系统串扰率低至2.64%,证明动态背光同步技术可以有效降低系统的时域串扰率。     

应用微柱透镜的自由立体前投影屏幕设计

介绍了应用微柱透镜阵列的自由立体前投影显示的原理。推导出确定自由立体前投影屏幕中微柱透镜参数的公式,详细给出了一种设计方法。根据此方法设计了一块采用微柱透镜阵列的自由立体前投影屏幕,在Lighttools中对采用此屏幕的投影系统进行仿真模拟,仿真结果显示有5个比较明显的视区,视区间隔比较连续。搭建屏幕和投影系统进行实验验证,实验结果与仿真结果一致,串扰度为7.9%,图像重合度为1.008,在观察面处立体效果显著。实验结果验证了应用微柱透镜阵列的自由立体前投影显示的可行性。与背投影的自由立体显示技术相比,自由立体前投影显示具有装调快、占用空间小、投影距离灵活可调的优点,将是未来大屏幕自由立体显示的一个重要发展方向。     

基于视觉显著性的立体显示灰阶串扰量化

为了更为合理地评价立体显示系统中的串扰现象,对传统灰阶串扰进行了加权并进一步单一数值量化。研究选取了大量涵盖各种类型和场景的立体图像,对每一灰阶转换组合出现的概率进行统计,同时提取立体图像视觉显著性,提出了平均灰阶转换显著性的概念。平均灰阶转换显著性以矩阵形式呈现,应用其对传统灰阶串扰矩阵加权后可获得更为合理的灰阶串扰。加权后的灰阶串扰矩阵求和后即可获得数值范围在0%~100%的单一数值串扰。提出的加权灰阶串扰及其数值单一化方法充分考虑了图像内容和人眼视觉关注机理的影响,得到的评价结果更加客观、合理。同时,研究结果对串扰现象的优化以及视觉舒适度的提高具有指导和推动作用。     

立体电视图像质量测量关键指标及质量分析

对《立体电视图像质量测量方法》标准的适用范围及该标准中立体电视的关键指标进行介绍,包括立体亮度及亮度差、双眼串扰、立体可视角、立体闪烁等,并对上述指标测量方法的制定背景及立体电视产品的质量情况进行分析。     

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。     

基于棱镜反射光栅的低串扰自由立体投影显示方法

为解决传统柱透镜自由立体投影显示中像差和视几何引起的串扰和视点数受限问题,基于回归反射,提出了一种棱镜反射光栅自由立体投影显示方法。通过分析其3D成像的原理,对棱镜反射光栅自由立体投影显示进行仿真,发现该方法在水平视宽相同的条件下,视场照度是柱透镜光栅投影的10倍,而其串扰比是柱透镜光栅投影的1/5,且不存在次视区。制作了棱镜反射光栅屏,并搭建系统进行实验,验证了棱镜反射光栅自由立体投影显示方案的可行性。     

结合图像内容的立体显示灰阶串扰量化方法研究

为了更直接地评价和比较立体显示中的串扰现象,结合图像内容对灰阶串扰进行了单一数值量化。提出的平均灰阶转换概念,选取了多幅具有代表性的立体图像,并对立体显示图像中每一灰阶转换组合出现的概率进行了统计,得到的平均灰阶转换也是以矩阵的形式出现。灰阶串扰单一数值量化就是利用平均灰阶转换矩阵对灰阶串扰矩阵进行加权平均,加权平均后的串扰矩阵中所有值相加得到单一的串扰评价值。提出的灰阶串扰单一数值量化方法充分考虑了图像内容的影响,得到的灰阶串扰单一数值评价结果更加客观、准确。同时,研究结果对串扰现象的优化以及视觉舒适度的提高具有指导和推动作用。     

影响3D电视图像舒适度的双眼串扰范围研究

本文主要研究了影响立体电视图像舒适度的主要因素,结合5点双眼串扰测试研究双眼串扰对立体电视舒适度的影响。通过30名观看者对具有不同串扰值的立体电视机的主观测试及实验数据分析,给出了影响3D电视图像舒适度的双眼串扰范围。实验结果对评价3D电视图像舒适度提供了依据,也对今后的研究具有指导意义。     

IEC立体显示终端测量方法综述

介绍了IEC起草的佩戴眼镜式的立体显示终端测量方法草案。立体显示测量包括亮度、对比度、色域及两眼间串扰等。两眼间串扰是当前研究最为关心的参数,该草案提出了灰阶串扰测量方法。最后总结了我国制定立体显示测量行业标准的进展情况。     

自由立体显示器的光学性能测量与研究

为了评价自由立体显示器的光学性能,以八视点狭缝光栅自由立体显示器为例,针对不同的视点图像,测量了不同视角下的亮度值与色度值,研究自由立体显示器的光学性能,其光学性能包括自由立体显示器的最佳观看位置、串扰、可视范围、亮度均匀性、色度均匀性和莫尔条纹。结果表明,这种测量及分析方法实现了对多视点立体显示器光学性能的定量评估,增强了评估立体显示器性能的客观性,对自由立体显示器的设计具有指导意义。     

光栅投影三维测量系统中标定技术的研究

相机和投影仪的标定精度决定光栅投影三维系统的测量精度。提出一种改进的标定方法。该方法在逆向相机模型的基础上对投影仪进行标定,利用相位编码法进行绝对相位展开,避免相机标定误差的引入,在标定过程中减少投影仪投射图案的数量,使标定操作更加简单、快速。在系统的标定过程中,利用投影仪投射的垂直、水平两组光栅图像,建立其与相机图像的对应关系,进而求得标志点圆心在投影仪图像上的像素坐标;然后利用带有径向畸变的相机模型对投影仪进行标定;最后进行系统的立体标定,确定相机和投影仪间的相对位置关系。实验结果表明所提方法切实可行。     

Perceptual strength of 3-D crosstalk in both achromatic and color images in stereoscopic 3-D displays

The cognitive strength of crosstalk in stereoscopic 3-D displays is investigated, and new quantitative analysis methods based on color difference and grayscale levels are developed. Unlike results using existing metrics, results by the new methods agree well with the perceived crosstalk strength in achromatic images with various levels of grayscale. The crosstalk in color images, which has not been studied before, exhibits interesting results in that the crosstalk metric based on the lightness difference expresses the best fit with the perceptual crosstalk when the intended image is black and the chroma value of the counterpart image is large, but the metric using the color difference works better when the intended image is not black. The new metrics reveal that the difference between active and passive 3-D displays is not as large as suggested by conventional crosstalk metrics, and the crosstalk in color images cannot be simply estimated by averaging the crosstalk of red, green, and blue subpixels. The new metrics will be useful in the development of new image processing technology and display technology for better image quality.     

不同显示原理的眼镜式立体显示系统颜色特性分析

颜色特性是立体显示系统显示质量评估的重要指标之一。对于眼镜式立体显示系统来说,眼镜性能对显示效果的影响很关键。基于光电特性的测量,研究了不同原理的眼镜式立体显示系统的颜色特性。研究结果表明眼镜式立体显示系统在三维模式下,可显示颜色范围比二维模式下小60%以上。基于液晶开关眼镜的立体显示器在颜色特性方面表现效果不如基于偏振式眼镜的立体显示系统。     

基于双DMD的红外场景投影仪光学系统设计

为提高中波红外场景投影仪的帧速和灰度等级,提出了一种基于双数字微反射镜器件(DMD)的光学系统方案。该光学系统包括照明系统和准直投影光学系统,照明系统采用可提供均匀照明的柯勒照明系统,利用2个非球面透镜简化结构,采用3片式全内反(TIR)棱镜来实现光路的折转衔接以及2个DMD调制的叠加;准直投影光学系统采用二次成像结构,通过合理分配各透镜组光学参数,并采用非球面透镜进行优化设计,得到的光学系统F数为094,入瞳距为850mm,角分辨率为019mrad。投影仪的测试与仿真结果表明此光学系统完全满足红外场景投影仪的使用要求。     

三维小视场成像系统

研究了一套投影正弦光栅条纹,测量表面有大梯度或非连续结构等复杂形貌微小物体的三维测量系统。针对所测量物体大小,通过将体视显微镜、相机和投影仪组合,研制了具有较小视场的条纹投影系统。软件产生具有最佳条纹个数的三组正弦条纹图,每组包含四个彼此间有90相位移动的条纹。根据所测量物体表面颜色和纹理特性,选择投影系统的合适颜色通道投射软件所产生的正弦条纹序列到被测物表面。相机从另一角度获取经被测表面调制的变形条纹图。通过四步相移和最佳条纹选择方法分别计算得到折叠相位图和展开相位图。利用水平精密移动台定位一水平白板到几个已知位置,建立绝对相位和深度之间的关系,获得系统深度方向的数据。微小物体的三维形貌测量实验证明了所研制成像系统的可行性和准确性。     

四基色投影显示

我们采用多芯片HTPS屏结构,已开发出一种四基色前投式投影样机。这种投影机建立在对一种现行高端品牌产品的光学平台进行改进的基础之上。在KESHETTM芯片中,用ColorPeakTM算法,把标准720p输入信号转换成所需要的多基色输入信号,结果使色域和亮度都有了显著的提高。     

用于三片式数字光处理投影显示的新型分色结构

针对三片式数字光处理投影机光学系统中分色合色结构复杂、重量大、后焦距长的问题,提出了一种利用一个分色棱镜和两个二向色性滤色片来实现分色合色的方法。数字光处理投影机所用的光调制元件是数字微镜器件DMD,它是利用转动微反射镜改变反射光束的出射方向来实现光阀作用的。基于这一特点,通过精心安排分色棱镜和合色片的空间位置来实现对照明光束的分色以及对调制光束的合色功能。系统光学元件重量仅36 g,通过软件模拟本系统具有良好的色彩还原能力,光利用率达60%,还具有结构简单,对比度高等优点。