立体视区完整的无串扰集成成像3D显示

集成成像三维（3D）显示技术具有连续视点、无需助视设备等特点，但普遍存在的视觉串扰现象严重影响立体观看效果。分析图像元在立体视区成像的有效像素区域，推导出图像元上的串扰图像区域分布的变化规律，提出一种立体视区完整的无串扰集成成像3D显示结构。精确设计具有渐变孔径的掩模板阵列，其既能完全透过有效像素光线，使光线向主视区和各阶立体视区成像，保留了集成成像立体视区分布的完整性，又能阻挡串扰像素光线的出射，消除了相邻视区间的串扰，实现了立体视区完整的无串扰集成成像3D显示。提出的结构简单易于实现，有助于集成成像显示技术的进一步推广。     

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。     

裸视3D显示技术概述

裸视三维（3D）显示中,观看者无需配戴眼镜等任何助视设备就能观看到立体效果。随着人们对3D显示的认识不断加深,已提出多种裸视3D显示技术。本文综述了目前主流的裸视3D显示技术,包括光栅3D显示、集成成像3D显示、体3D显示和全息3D显示的基本原理及特性。     

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。     

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。     

优势眼在光栅3D显示中的影响

本文研究了优势眼在自由立体显示中的影响。本实验选取25位右视眼大学生和25位左视眼大学生作为观看者,他们都对新技术比较感兴趣,志愿参加体验观看光栅3D显示器并且经过了相应的锻炼。实验中让观看者左右移动自然观看光栅3D显示器播放的立体视频,并实时记录主观感受以及相应位置,同时使用指南针测量记录双眼与显示器平面所成角度,获得的数据用于分析优势眼在光栅3D显示中的影响,分析结果表明优势眼先经过跳变区域的观看者感受到跳变明显,不同优势眼观看者在观看区域内同一位置观看的主观感受以及观看角度存在差异,且越靠近边缘越明显。本文所分析的优势眼对观看者观看立体显示存在的影响为自由立体显示器的进一步发展提供参考。     

基于光源偏振补偿的硅基液晶激光三维显示光学引擎

基于光源偏振补偿硅基液晶(LCOS)光学引擎的激光三维(3D)显示系统对传统的LCOS光学引擎引起的偏振光损失进行了补偿,使经由照明系统进入光学引擎的不同偏振方向的激光全部参与成像,既可以实现激光3D立体显示,还提高了二维(2D)显示时的光能利用率。进行2D显示时,入射激光的s偏振光和p偏振光分别对应于不同LCOS同时成像,成像后的图像在屏幕上相互叠加,投影后图像的亮度约为未进行偏振补偿时的2倍。当输入3D视频信号时,正交偏振的p偏振光和s偏振光分别对应于左右眼图像同时成像,观看者配戴由正交偏振片制成的眼镜,可实现双像分离,实现激光3D显示。     

基于可变孔径针孔阵列的集成成像3D显示

为了解决观看视角与光学效率的相互制约关系,设计了一种基于可变孔径针孔阵列的集成成像3D显示器,建立了3D成像模型,通过几何光学推导观看视角以及光学效率的计算公式;详细阐述了如何通过改变透光孔的孔径宽度来调节观看视角以及光学效率;研制了基于可变孔径针孔阵列的集成成像3D显示样机,通过液晶显示屏实现电控可变孔径针孔阵列,通过实验验证了可以通过增大或者减小透光孔的孔径宽度来增大3D图像的亮度或者观看视角。     

助视3D显示技术概述

助视3D显示是指需要借助于3D眼镜等助视设备才能观看到3D图像的显示方式,它包括分色3D显示、偏振光3D显示和液晶快门3D显示。助视3D显示是目前最成熟的3D显示方式,近几年其相关技术及器件的性能得到了改进和提高。本文将介绍这三种助视3D显示技术。     

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。     

The Seelinder: Cylindrical 3D display viewable from 360 degrees

We propose a 3D video display technique that allows multiple viewers to see 3D images from a 360-degree horizontal arc without wearing 3D glasses. This technique uses a cylindrical parallax barrier and a one-dimensional light source array. We have developed an experimental display system using this technique.Since this technique is based on the parallax panoramagram, the parallax number and resolution are limited by the diffraction at the parallax barrier. In order to solve this problem, we improved the technique by revolving the parallax barrier. The improved technique was incorporated into two experimental display systems. The newer one is capable of displaying 3D color video images within a 200-mm diameter and a 256-mm height. Images have a resolution of 1254 circumferential pixels and 256 vertical pixels, and are refreshed at 30 Hz. Each pixel has a viewing angle of 60 degrees that is divided into over 70 views so that the angular parallax interval of each pixel is less than 1 degree. These pixels are arranged on a cylindrical surface to allow for the produced 3D images to be observed from all directions. In this case, observers may barely perceive the discrete parallax.     

集成成像立体显示技术研究进展

集成成像立体显示是一种水平和垂直方向同时具有运动视差的真三维立体显示技术。本文概述了集成成像立体显示在显示三维图像时存在的景深范围小,视角范围窄,赝像等问题,介绍了提升景深范围、扩大视角、消除赝像的技术方法。介绍了利用子图像阵列进行计算机三维虚拟重建的最新研究进展。通过研究指出,具有二维和三维显示模式转换功能的集成成像立体显示技术是超薄型真三维立体显示器的重要发展方向。     

狭缝光栅立体显示光栅倾斜角度理论分析

为了定量研究光栅倾斜角度和串扰之间的关系,进而寻求适合的最佳倾斜角度,利用光路方程建立了串扰与光栅倾斜角度的仿真模型,同时对屏前3维空间内的水平方向和垂直方向的串扰进行了仿真。结果表明,光栅倾斜角度增加时,水平视区呈线性下降,而垂直方向视区变化趋势并非线性减少,而是呈阶梯状降低,对这种现象进行了合理的理论解释,得到了光栅倾斜角度和串扰之间的定量关系。该研究结果对设计倾斜光栅式自由立体显示器具有指导意义。     

狭缝光栅分光特性及其对视区的影响

应用光栅等分光元件对视差图进行空间分离是实现立体显示的重要方法之一,介绍了狭缝光栅作为分光元件实现立体显示的原理,建立了子像素发光经过多个周期狭缝光栅的数学模型,分析狭缝光栅参数及子像素发光宽度对视区及立体显示器亮度的影响。结果表明,在对狭缝光栅参数设计过程中需要综合考虑视区特性与显示器亮度,狭缝的透光比应控制在0.2～0.3,在样机生产过程中将透光比定为0.25,采用高亮背光模式以补偿立体显示器亮度,取得了较好效果。结果对狭缝光栅的参数设计具有指导意义。     

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...     

Wavelet-based compression algorithm for still omnidirectional 3d integral images

Three dimensional (3D) integral imaging is a method that allows the display of full colour images with continuous parallax within a wide viewing zone. Due to the significant quantity of data required to represent a captured 3D integral image with high resolution, image compression becomes mandatory for the storage and transmission of integral images. This paper investigates the use of 2D discrete wavelet transform (2D-DWT) for the compression of omnidirectional 3D integral images (OII). The method requires the extraction of different viewpoint images from the integral image. A single viewpoint image is constructed by extracting one pixel from each microlens, then each viewpoint image is decomposed using a 2D-DWT. The resulting array of coefficients contains several frequency bands. The lower frequency bands of the viewpoint images are assembled and compressed using a 3D discrete cosine transform (3D-DCT) followed by Huffman coding. Whereas, the remaining higher bands are fed directly into a quantisation process followed by arithmetic coding. Simulations are performed on a set of several grey level 3D OII using a uniform scalar quantizer with deadzone. It was found that the algorithm achieves better rate-distortion performance and reconstructs the images with much better image quality at very low bit rates than previously reported 3D-DCT-based scheme.     

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。