基于散斑抑制方法的半导体激光显示系统实现

在显示技术不断发展的今天,随着对于激光技术的深入研究,激光显示的优势逐渐得到体现。激光作为光源具有很好的单色性极很窄的光谱线宽,这些特点使得激光成像的颜色饱和度高,显示的颜色数多,比传统光源有着更宽的色域,并且在画面亮度的方面也更有优势。然而由于激光光束高度相干性而产生的激光散斑,会降低图像的质量。因此,对于激光散斑和散斑抑制的研究工作是激光显示领域研究的一个重点。文中我们设计了一种激光投影照明系统,该系统使用的光学元件结构简单,占用空间小,可以很好地运用于投影仪的设计和使用中并保持良好的光效。系统中针对激光散斑的成因设计了一种复合型的散斑抑制方案,这种消散斑方法可以将白场的散斑对比度从0.132降低至人眼识别极限以下的0.042。     

激光投影显示中散斑均化问题的研究

为了解决激光投影显示中因光源相干性所引起的激光散斑而导致投影图像的亮度不均、清晰度下降的问题,采用将激光引入振动的多模光纤的方法,实现了输出的激光模场在各种模式间发生高频跳动的功能,从而在多模光纤输出端获得传输光信号均匀化、消相干的输出效果。结果表明,投影图像的散斑对比度明显降低,达到人眼难于分辨的4%以下。     

激光投影显示中新型散射体的散斑抑制

激光的强相干性造成了激光投影显示中出现大量干涉条纹和散斑,为了消除干涉条纹和散斑对图像质量的影响,采用旋转新型散射体(Engineered DiffuserTM)的方法在一定积分时间内获得叠加的清晰图像。首先,介绍了激光投影显示中散斑的成因及采用时间平均抑制散斑的理论依据。接着,分析了传统散射体毛玻璃和Engineered DiffuserTM在结构及功能上的区别。最后,建立了旋转新型散射体抑制散斑的激光投影显示实验装置,对比验证了旋转新型散射体抑制散斑的效果。实验结果表明:散斑对比度降低到3.08%,图像质量良好,无明显干涉条纹。该方法满足商用激光投影显示体积小、简单易行等要求。     

三片式LCOS激光投影显示中复合散斑的抑制

研究了三片式硅基液晶(LCOS)激光投影显示中散斑的成因、类型及其光学统计特性,并分析了激光散斑大小的测量方法。在此基础上,选用旋转散射片来减少三片式LCOS激光投影系统中产生的复合散斑,并通过一系列的仿真和实验,使得该激光投影机对比度C降到了人眼可接受的范围4.2%。证明了旋转散射片的方法能有效减少复合散斑,具有光学结构简单、实施性强等优点。     

激光显示中散斑的抑制

文章首先概述了散斑的形成机理,接着简述了在近场条件下通过降低激光的时间或空 间相干性来抑制散斑的许多方法,并具体分析了仅通过降低激光的相干性来减弱激光显示中散斑的缺陷。提出一种在远场条件下减弱散斑的两维扫描复面转镜,且详细说明了该转镜的工作原理,当合成的激光束通过旋转的复面镜时,移动的干涉条纹在屏幕上产生“沸腾”的散斑图样。最后以红光为例,说明了合成光束通过转镜时显示屏幕上散斑对比度的降低,显示了二维转镜有效地抑制了激光显示中的散斑现象。     

激光阵列光源角度多样性抑制散斑方法

搭建测试系统,对宽面源单管半导体激光器（LD）和其组成的二维阵列光源的远场散斑特性进行了测量。使用方形光阑对激光二极管发出的照明光斑进行选择,测试不同位置的光斑的散斑对比度,实验结果表明随着光阑的移动,不同位置处光斑的散斑对比度没有明显的变化趋势,光斑的散斑对比度与光斑的选择区域无关。实验中使用4颗LD组成二维阵列光源引入非相干光源和角度多样性,调节LD与屏幕之间的距离改变相邻LD入射至屏幕的光的夹角,固定CCD物镜相对屏幕的张角,实验结果表明只有当入射光夹角大于物镜相对屏幕张角时,测试的散斑对比度会降低一个1/M^1/2因子。     

转动随机微透镜阵列对激光显示中散斑的抑制

为了消除散斑现象,对随机漫射体抑制散斑的可行性进行了探讨。分析了"随机微透镜阵列"作为随机漫射体在光束控制和光能利用率方面的优越性,并提出了在光学系统中加入转动"随机微透镜阵列"的方式抑制散斑。对加入这种结构后屏幕上的散斑进行了测量,验证了此种方法可以将散斑对比度降低到1.15%,使人眼分辨不出激光散斑,提升了激光电视的观看效果,并与传统的转动匀光棒法进行对比,体现了此种方法出色的抑制散斑的能力。     

激光投影显示中散斑的测量

散斑普遍存在于激光显示系统中,严重地影响了画面质量,散斑的测量显得尤为重要。为了确立一套激光显示中散斑测量的方法。文章用散斑对比度作为散斑强弱程度的衡量．采用CCD相机拍照的方法,利用MATLAB进行图像处理,求得散斑对比度的数值。通过大量的实验,分别测量了投影画面的亮度、CCD相机的参数设置等测量参数对散斑对比度数值的影响。通过经验和分析,确定了每个测量参数的取值,提出了一套激光显示中散斑测量的方法,使得测量装置能够最大程度地模拟人眼的视觉效果,真实地反映了散斑对于图像质量的影响。按照这套方法进行散斑测量,不同投影机的散斑对比度在数值上具有可比性,便于评价不同投影机的图像质量。     

散斑噪声抑制算法比较研究

文章综述了散斑噪声抑制算法的发展，并且通过实际的激光雷达图像处理比较了它们的图像的边缘保持能力，还计算了其算法处理图像的散斑指数，比较了它们的散班抑制能力。     

激光显示中散斑对比度的降低

激光显示中,散斑的存在严重影响了画面质量,降低了图像的清晰度.文章阐述了散斑的形成机理,简要介绍了减弱散斑可采取的多种方法,详细介绍了引入旋转光纤对于减弱散斑噪声的作用,并以绿光为例用实验验证了此法的可行性.光纤的引入一方面利于激光传输,减小了能量损失,而且光纤的旋转使得散斑结构不断变化,屏幕上形成"沸腾"的散斑,散斑结构的叠加使散斑的对比度有了显著的降低.     

激光显示中散斑减弱的研究

简述了散斑的形成机理,具体分析了在近场条件下通过降低激光的时间或空间相干性来抑制散斑的方法,以及仅通过降低激光的相干性来减弱激光显示中散斑的缺陷。提出一种全新在远场条件下减弱散斑的超声光栅法,且详细说明了超声波减弱散斑的工作原理。当合成的激光束通过因超声波在液体媒介中的传播而形成的"位相光栅"时,激光发生衍射,通过一系列透镜将所有衍射光完全会聚到投影屏幕上,投影移动的干涉条纹在屏幕上产生"沸腾"的散斑图样,考虑到人眼的视觉暂留特性。散斑在人眼中得到均匀化。以绿光为例,说明了激光束通过"位相光栅"时,经过CCD相机和图像处理系统,显示屏幕上散斑对比度和光强的变化,显示了超声光栅法有效地抑制了激光显示中的散斑现象。     

植物果实的激光动态散斑

首次将激光动态散斑相关技术用于植物果实表面细胞粒子运动的测量，观察到一些有意义的现象，本文对此进行了试探性解释，其生物学上的重要意义的特进一步研究。     

角度多样性激光散斑抑制方法的比较

根据成像原理推导了运动透镜、运动45直角棱镜,以及旋转反射镜所引起的角度变化公式,并对影响角度变化的参数（透镜的焦距、物距及光源的发散角等）和引入角度多样性的这三种方法进行了分析比较。实验结果与理论分析表明,在相同条件下,将45直角棱镜运动20 m和反射镜旋转0.02就能实现两个完全独立散斑图样,而运动透镜需要更大的位移,这为设计运动方案引入角度多样性激光散斑抑制提供参考。     

基于深度学习的散斑投影轮廓术

针对传统的单幅散斑图像匹配算法测量精度低且无法测量复杂面型物体等问题,提出了一种基于深度学习的散斑投影轮廓术,即通过深度学习的方法实现散斑图像的逐像素匹配。设计利用孪生卷积神经网络结构,将目标散斑图像和参考散斑图像以图像块的形式输入神经网络。通过卷积层运算提取散斑图像块的特征信息,进而将子网络得到的特征信息融合为两个图像块之间的匹配系数,以获得散斑图像的视差数据,并最终可将视差数据转化为物体的三维信息。实验结果表明,该方法可以通过单幅散斑图像实现精度约为290 μm的三维轮廓测量。     

多基色激光显示系统彩色散斑分布特性的研究

为了探究多基色激光显示系统的彩色散斑特性,采用蒙特卡洛的统计方法模拟了彩色散斑的空间分布。在CIE-u′v′色品图中,定义了彩色散斑椭圆的简化模型,描述了显示系统的彩色散斑空间分布,分析了不同基色数目和波长组合对彩色散斑的影响。结果表明,该椭圆随着基色数目的增加而缩小,彩色散斑严重程度下降;三基色系统的椭圆面积为16.0×10^-4,而六基色系统的椭圆面积为6.81×10^-4,其中绿基色对彩色散斑的影响最大;在多基色显示系统中,对于给定白平衡点的各基色亮度配比不唯一,因此在颜色表现和散斑现象之间存在权衡,当减小散斑对比度值较大的基色亮度的权重时,将减弱彩色散斑现象。该研究为多基色激光显示系统的彩色散斑评估提供了理论指导。     

植物果实的激光动态散斑

首次将激光动态散斑相关技术用于植物果实表面细胞粒子运动的测量，观察到一些有意义的现象，本文对此进行了试探性解释，其生物学上的重要意义有待进一步研究．     

基于PPMgOLN绿光微片激光器的散斑抑制

提出了一种将激光耦合入多模光纤后,利用改变多模光纤长度并结合振动光纤的方法来抑制散斑的方法。介绍了抑制散斑的相关理论及实验验证方法。实验中采用自主研发的基于PPMgOLN晶体的高效紧凑型微片绿光激光器作为激光光源,经过CCD相机采集屏幕上的散斑图像,通过图像处理,得到了相同型号的多模光纤在不同长度下,光纤在振动与不振动时,图像散斑对比度的变化趋势及在屏幕上的强度分布,从理论上分析了产生该变化趋势及强度分布情况的原因。实验所得的图像散斑对比度在4.7％左右,满足视觉观察的要求。     

基于相关视角多视校正的太赫兹阵列雷达散斑抑制方法

在针对人体安检的站开式太赫兹阵列雷达三维成像中,散斑效应严重影响了对体表隐藏违禁品的检测和识别性能,为此,对全息散斑进行有效抑制有着迫切的需要。利用目标旋转带来的角度自由度,结合目标散射对角度的敏感性,提出了一种基于相关视角多视校正的太赫兹全息雷达散斑抑制方法。在理论上推导了全息雷达散斑强度在相关角度照射下的归一化协方差表达式,给出了相关视角多视处理后的散斑对比度。在实验上利用340 GHz站开式MIMO阵列成像系统的快速成像的优势,对低速旋转目标在相关视角下的单视成像结果进行成像空间旋转校正、目标配准和多视处理。处理后散斑对比度降低至单视散斑的44％,散斑得到了有效抑制,目标轮廓明显,细节更加丰富。该方法能够在不增加系统复杂度的条件下有效抑制散斑噪声,实现图像增强。