基于光线追迹的LED裸眼三维显示技术准直性研究

在LED集成成像裸眼三维显示中,LED大屏幕的单个像素点的发散角很大,使用平凸及双凸透镜,图像的重构光线发散且相邻透镜单元间的像素串扰大,导致立体场景再现的过程中图像不清晰,影响重构三维图像的质量。根据光线追迹原理,分析了LED集成成像的成像过程,研究不同形状透镜阵列与LED集成成像相邻透镜单元间像素点间串扰的关系,仅使用单个凹凸透镜有效地控制了重构光线的发散问题,使通过透镜的重构光线更加汇聚准直,光线平行出射,有效地减小了相邻透镜间的像素串扰,提高了成像质量。通过比较字母模型成像的仿真结果,凹凸透镜非常适用于LED集成成像,成像的效果优于其他形状透镜。     

用于提高集成成像景深的微透镜阵列研究

集成成像3D显示是一种运用微透镜阵列从不同方 位对三维物体记录和重构的真三维显 示技术,针对集成成像3D显示技术景深不够、微透镜之间间隙透过的杂散光引起干扰导致的 重构图像质下降等问题,本文设计新型微透镜阵列结构(双层针孔/微透镜组合阵列结构)以 减少杂散光并增加集成成像3D显示的中心深度平面的个数以提高集成成像的景深。根据集成 成像原理,确定双层针孔/微透镜组合阵列的参数,利用Tracepro光学仿真软件对集成成像3D显示过程进 行仿真,结果表明,双层针孔/微透镜组合阵列能有效地较少杂散光;当两层微 透镜阵列间距为5mm时,本文系统获得的景深比传统系统大20 mm左 右,即 双层针孔/微透镜组合阵列结构能够实现在减少杂散光影响的同时又增加集成成像的景深。     

基于相机实拍的高分辨集成成像三维显示技术的研究

为了实现高分辨率集成成像三维显示,设计了一种基于数码相机实拍的集成成像高分辨率图像采集系统,给出3D图像的深度范围;对实、虚显示模式的图像分辨率进行分析研究。基于集成成像原理用数码相机进行高分辨率的图像采集,由微透镜阵列节距、焦距、物距等参数计算出显示分辨率与显示深度,结合计算机进行图像处理,通过高精度打印图像并与微透镜阵列粘合的方法进行实验验证,给出拍摄参数和显示参数并与传统视差显示模式和集成成像的聚焦显示模式进行比较。在参数匹配较好的情况下,集成成像实、虚显示模式的图像分辨率优于聚焦显示模式和传统视差显示模式,并可采用较宽节距的微透镜阵列,验证了集成成像实、虚显示模式下可实现高分辨率的三维显示。通过集成成像高分辨率图像采集,并以实模式、虚模式显示模式,可获得高分辨率的集成成像三维显示。     

大幅面集成成像显示系统中宏透镜阵列位置误差度量与校正

在大幅面集成成像显示系统中,宏透镜阵列位置误差会严重影响成像质量。宏透镜阵列位置误差可以分为轴向位置误差和横向位置误差,理想情况下汇聚于重构点的像素在位置误差作用下将不再汇聚,这些像素将在其他点处成像。本文利用重构点到这些点的距离的平均值和方差对位置误差的大小进行了度量,并讨论了宏透镜阵列轴向位置和横向位置的测量方法,给出了宏透镜阵列轴向位置误差和横向位置误差的校正方法,从而缓解了宏透镜阵列位置误差对成像质量的影响,提高了显示效果。     

基于3DS MAX的集成成像研究

集成成像(II)是一种利用二维微透镜阵列进行三维信息的记录和重现的技术.介绍了集成成像技术的基本原理及其优缺点,提出了一种基于三维设计和动画制作软件3DsMAX的II技术,利用3DS MAX来实现II的三维信息的记录,利用显示器和菲涅尔微透镜阵列组成的实验装置实现II的三维信息的重现,解决了常规II技术存在的空间反转和串扰问题,从而研制出基于Il技术的原理性裸眼三维显示器.     

基于掩膜板阵列的消串扰集成成像3D显示方法

随着立体显示技术的不断发展,集成成像三维（three-dimensional,3D）显示技术受到广泛的认可,但普遍存在的视觉串扰现象严重影响其立体观看效果。为了减小集成成像中相邻图像元间的串扰光线,提高观看舒适度,本文提出了一种基于掩膜板阵列的消串扰集成成像3D显示方法。该方法通过特定参数设计的掩膜板阵列,能有效阻挡相邻图像元间的光线,从而消除视区串扰现象,且结构简单,易于制备。文中分析了集成成像3D显示视区分布关系,以及无串扰立体视区范围和立体观看视角大小,详细阐述了基于掩膜板阵列的消串扰集成成像3D显示方法的设计原理和结构,并通过实验验证了该显示方法能有效阻挡相邻图像元间的视区串扰。随着观看视角逐渐增大,串扰图像逐渐被阻挡直至全部消失,有效提升了集成成像3D显示的观看体验。     

使用梯度折射率液晶微透镜阵列的光场成像

光场成像可以获取场景的三维信息。通过在主透镜和图像传感器之间插入一个微透镜阵列,不仅可以记录光线的辐射度,还记录了光线入射的方向。提出了使用梯度折射率液晶微透镜阵列进行光场成像的方法。该阵列基于向列相液晶材料,利用其各向异性和双折射的特点,通过紫外光刻技术和湿法刻蚀技术制作,具有圆孔阵列图案。在该阵列的上下电极之间加载一个交流电压信号后,每个微透镜可以有效会聚入射光,搭建了测试系统来测试该阵列的聚焦特性和焦距。将该阵列与一个主透镜和一片图像传感器耦合得到一个光场成像相机,并使用该相机采集了图像。     

基于不同微透镜阵列参数的集成成像微图像

提出一种基于不同微透镜阵列参数的集成成像微图像阵列生成方法。在该方法的拍摄过程中, 首先通过微透镜阵列1拍摄三维场景获得微图像阵列1, 再通过一个包括虚拟显示和虚拟拍摄两个步骤的像素映射算法, 生成与微图像阵列1参数不同的微图像阵列2。在显示过程中使用的微透镜阵列2与拍摄时的微透镜阵列1具有不同的参数, 微图像阵列2通过微透镜阵列2重建出全真的3D图像, 重建的3D图像没有图像缩放和畸变。同时本文还推导了微图像阵列1、2和微透镜阵列1、2各参数应满足的数学关系。实验结果验证了理论推导的正确性。     

基于不同微透镜阵列参数的集成成像微图像阵列生成方法

提出一种基于不同微透镜阵列参数的集成成像微图像阵列生成方法。在该方法的拍摄过程中,首先通过微透镜阵列1拍摄三维场景获得微图像阵列1,再通过一个包括虚拟显示和虚拟拍摄两个步骤的像素映射算法,生成与微图像阵列1参数不同的微图像阵列2。在显示过程中使用的微透镜阵列2与拍摄时的微透镜阵列1具有不同的参数,微图像阵列2通过微透镜阵列2重建出全真的3D图像,重建的3D图像没有图像缩放和畸变。同时本文还推导了微图像阵列1、2和微透镜阵列1、2各参数应满足的数学关系。实验结果验证了理论推导的正确性。     

基于微透镜阵列的光场显微测量方法研究

与传统成像技术相比,光场成像技术能够利用光场中光线的传播方向信息,采用计算成像的方式极大地提高成像系统的景深。而传统的光学显微镜分辨率越高,景深越小。文章结合光场成像技术和传统光学显微镜,通过在显微镜一次像面插入微透镜阵列,提高显微镜景深,实现光场的显微三维测量。该系统通过单次曝光即可获得光场的四维光场信息,通过数字重聚焦技术和清晰度评价函数完成光场显微测量。实验结果表明,基于微透镜阵列的光场显微测量方法是可行的。测量系统以牺牲16倍横向分辨率为代价,将显微镜头景深提高了近100倍。     

Three-dimensional integral imaging display system based on negative lens array

An integral imaging display system based on negative lens array in real mode is proposed in this letter. Compared with the conventional integral imaging system with positive lens array, the negative one has a huge advantage on viewing angle. The minimum viewing angle of the imaging display system based on negative lens array is the maximum viewing angle of the positive one with the same parameters. And the imaging display system based on negative lens array can enhance the viewing angle to 180° with special parameters. Other parameters, such as resolution and depth-of-field, are the same in both systems. Another advantage is that the proposed imaging display system based on negative lens array can fill the image area gap between 0 and 2f. The feasibility of our proposed method is experimentally proved. This work has been supported by the National Natural Science Foundation of China (No.11474169) and the Hebei Provincial Science Foundation for Youths (No.F2016402115). E-mail:XXJiao@hebeu.edu.cn      

Curved Projection Integral Imaging Using an Additional Large‐Aperture Convex Lens for Viewing Angle Improvement

In this paper, we propose a curved projection integral imaging system to improve the horizontal and vertical viewing angles. The proposed system can be easily implemented by additional use of a large‐aperture convex lens in conventional projection integral imaging. To obtain the simultaneous display of 3D images through real and virtual image fields, we propose a computer‐generated pickup method based on ray optics and elemental images, which are synthesized for the proposed system. To show the feasibility of the proposed system, preliminary experiments are carried out. Experimental results indicate that our system improves the viewing angle and displays 3D images simultaneously in real and virtual image fields.     

基于渐变线光源的高亮度集成成像3D显示

为了解决观看视角与亮度的相互制约关系,设计了一种基于渐变线光源的集成成像3D显示器,通过设置渐变线光源中每列线光源的宽度,优化微图像阵列中每列图像元的成像光路,建立了3D成像模型,通过几何光学推导了观看视角以及亮度的计算公式;研制了基于渐变线光源的集成成像3D显示实验装置,通过实验验证了可以在保持观看视角的前提下将3D图像的亮度提高为传统集成成像3D显示的4.5倍。     

基于液晶偏振开关与液晶屏的三维集成成像

本文提出一种利用液晶显示屏(LCD)和液晶(LC)偏振开关组成的三维集成成像系统，并给出实验演示结果，其目的是为了增强可视性，例如集成成像的视角和图像深度。为了增大视角，使用了液晶偏振开关控制的单透镜和正交偏振片。为了增大图像的深度，采用了双折射材料或带有偏振开关的偏振选择性反射镜。由于我们提出的所有方法都不使用机械结构，因此有助于实现一个实用的基于集成成像的3D显示系统。     

基于偏振光栅的一维集成成像双视3D显示

为了解决视区分离的问题,设计了一种基于偏振光栅的一维集成成像双视3D显示器,建立了3D成像模型,详细阐述了一维集成成像双视3D显示的原理;通过几何光学推导视区宽度以及观看视角的计算公式;研制了基于偏振光栅的一维集成成像双视3D显示测试装置,在左18°到右18°的范围内,通过左偏振眼镜和右偏振眼镜在同一视区内分别观看到两个不同的3D图像。     

Simplification of integral imaging system by using a lenticular lens array

Integral imaging is a 3D display technology without any additional equipment. A new system is proposed in this paper, which uses a lenticular lens array to replace the lens array in the conventional integral imaging system. The lenticular integral imaging system reduces the complexity and the price of integral imaging system. The positive characteristics of conventional integral imaging system, such as full parallax and quasi-continuous view points, are still kept on the proposed system in horizontal direction. Optical results show that the time for calculating the elemental images is reduced by 25% compared with the conventional one. The resolution of integrated image in vertical direction is 4 times higher than that of conventional system. This proposed system opens a new way on application of integral imaging.     

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。     

集成成像立体显示技术性能改进研究

集成成像是一种利用微透镜阵列来记录和再现3D空间场景的真3D显示技术.本文主要针对传统集成成像技术中存在的黑边、视角窄、记录速度慢和深度计算不准确等问题,进行了深入地分析与研究.文中建立了相应的数学模型,分别提出了消黑边的计算机二次记录和大视角的集成成像3D显示以及快速计算机集成成像方法,依据建立的高斯光束分布模型,还...     

采用双目立体相机的实时集成成像拍摄系统

提出了一种基于双目立体相机的实时集成成像拍摄系统。不同于采用传统的摄像机阵列,该系统采用双目相机对三维场景进行拍摄,有效地简化了集成成像拍摄系统的结构。该系统首先利用双目相机获取三维场景的左右视差图,然后上传到图形处理器生成三维场景的高分辨率深度图,之后利用深度图和彩色纹理图在图形处理器中并行生成新视点视差图像,并利用像素映射算法生成高分辨率微图像阵列,实现实时的集成成像显示。实验中系统获取的深度图像素数目是微软Kinect2获取深度图像素数目的4.25倍,当系统运行在1 920 pixel1 080 pixel、99视点数的环境下,可实现三维场景的实时拍摄与显示,实验结果证明了所提系统的可行性。