垂直/倾斜型交错狭缝光栅对立体显示效果的影响

利用传统狭缝光栅实现的自由立体显示器,存在着串扰严重、莫尔条纹明显、可视区域较小、在水平和竖直方向上光损失不平衡等缺陷。针对这些问题,本文就狭缝光栅的倾斜角度、狭缝宽度、狭缝错开距离等光栅关键参数对立体显示莫尔条纹、串扰、可视区域的影响展开研究,分析了交错狭缝光栅设计方案,优化设计了两种狭缝光栅立体显示器件,分别采用了垂直交错狭缝光栅和倾斜交错狭缝光栅。以4视点的自由立体显示器为例,以像素半高度将相邻的两段狭缝错开。实验测试结果表明,当倾角θ为12.2°,错开距离分别为0.053 7mm和0.030 2mm时,垂直/倾斜交错光栅均能有效减少莫尔条纹的发生。对比发现,倾斜交错光栅的串扰仅增加1.57%,但可视区域增加了17.9%,且在水平和竖直方向上光损失率匹配度较高,立体显示效果明显改善。     

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。     

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。     

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LCD的自由立体显示技术

利用液晶显示器实现自由立体显示的办法有两种，一是采用狭缝光栅板，二是采用柱面光栅板，各类结构的立体显示器具有不同的特点。基于狭缝光栅板的立体液晶显示器有两种结构，即前置狭缝式和后置狭缝式。介绍了两种结构的差异，并简单介绍作者在立体显示技术方面的最新研究成果。     

自由立体显示器垂直交错狭缝光栅的设计

针对传统的光栅式自由立体显示器设计方法中垂直光栅形成的莫尔条纹明显而斜光栅的对应可视区域较小这一问题.本文提出一种能减轻莫尔条纹的垂直交错光栅设计方法.以一个像素高度的1/2为单位对光栅进行分段,将相邻两段狭缝错开一定距离,减小通过同一狭缝看到两相邻子像素间黑条的比例,提高莫尔条纹中暗部分的亮度,从而减轻莫尔条纹.仿真...     

光栅式自由立体显示器光学构成的理论研究

自由立体显示器是新一代图像显示器件之一，其中基于光栅的立体显示器具有许多卓越的优点。本文首先分析了光栅式自由立体显示器的光学结构，在此基础上，进一步论述了狭缝式自由立体显示器的光学模型。     

柱透镜光栅自由立体显示中几何参数间关系分析

在柱透镜光栅自由立体显示技术中,能否正确匹配系统各个参数的关系,直接影响着最终观看的立体视觉效果.对柱透镜光栅立体显示的成像原理进行了研究,通过几何方法推导了柱透镜光栅显示系统各个参数之间的关系,并且采用光学软件TracePro进行验证,结果表明可以实现立体视觉,最后通过实验进一步证实了实际显示效果与软件验证结果相吻合.表明了系统之间参数设计的正确性.     

基于方形RGBW子像素排列的跟踪式自由立体显示屏

针对传统基于移动狭缝光栅的跟踪式自由立体显示中因观看者头部微动看到串扰立体图像的问题,提出了一种基于方形RGBW子像素排列和斜置狭缝光栅的跟踪式自由立体显示屏,通过创建具有固定宽度的无串扰视区,为不同观看者提供无串扰的立体图像。分析了自由立体显示屏的工作原理,给出了其参数计算公式。实际设计了基于提出方法和传统方法的跟踪式自由立体显示屏,并仿真了它们在最佳观看距离处水平方向上的亮度分布。通过对比分析,得出基于提出方法的跟踪式自由立体显示屏在最佳观看距离处获得了具有固定宽度的无串扰视区,从而保证了观看者始终观看到无串扰的立体图像。     

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。     

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。     

狭缝光栅开口率与裸眼3D显示串扰之间的关系

研究了狭缝光栅开口率和3D串扰之间的关系。先采用固定式的狭缝光栅显示器件进行实验,发现2%～4%光栅开口率的增加导致了0.2%～2%串扰的增加,初步验证了"光栅开口率越高,3D串扰越大"的规律。考虑到2D显示产品的个体性能差异以及在贴合过程中的操作误差都可能对这个结果产生影响,又用TN盒制作成活动式狭缝光栅,通过改变电压来改变狭缝光栅的开口率,从而在其他条件都一致的情况下,测试出狭缝光栅透过率和3D串扰之间的关系。对于2视点的裸眼3D设备,随着控制电压从4V增大到15V,串扰逐步减小了1.6%,从而最终确认了"开口率越高,3D串扰越大"的规律。     

基于二维方孔光栅的平面三维显示

一维狭缝光栅实现平面三维显示具有低成本、光栅参数易于改变和无需对焦的优点,但存在遮挡画面影响亮度的缺点;二维透镜阵列具有全视差且深度感知自然的优点,但存在显示像素低和观察视角小的缺点。为了同时兼顾上述两种方案的优点,结合一维狭缝光栅和二维透镜阵列提出了一种基于二维方孔光栅的平面立体显示方案。Lighttools软件仿真实验结果表明:基于二维方孔光栅的平面三维显示原理可行,其像质因子略小于一维狭缝光栅的像质因子,但继承了一维狭缝光栅和二维透镜的优点,是实现平面三维显示的一种新的发展方向。     

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。     

柱面透镜自由立体显示器的分辨率损失研究

在引入分辨率损失的概念基础上,利用光线追迹的方法,通过ASAP软件研究了柱面透镜光栅式自由立体显示器的柱镜光栅导致自由立体显示器分辨率下降的原因.分析了柱镜光栅与LCD显示器之间以不同角度装配时,柱镜光栅对显示图像在垂直和水平方向上分辨率的影响,实验和计算机模拟研究均得出两方向分辨率下降一般是不同的结论,提出了一种立体显示器分辨率损失的评定方法,将对柱镜光栅式自由立体显示器的设计有指导意义.     

基于双狭缝光栅的裸眼三维立体投影机

提出一种基于双狭缝光栅的裸眼三维立体投影机.该立体投影机由普通投影机组成的投影机阵列、投影屏和位于投影屏两侧的两个狭缝光栅组成.投影机阵列一侧的光栅对畸变的投影图像进行校对,以便图像的像素大小与位于观看者一侧的光栅的节距相匹配.对该立体投影机的立体显示原理、参数设计计算进行了阐述.实际研制了1台50英寸裸眼三维立体投影机样机,该样机采用了由4台液晶投影机组成的投影机阵列,能显示静态、动画和视频立体图像,其三维立体显示分辨率与相应二维平面显示分辨率相当.     

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Unity3D的可变视点数立体图像合成算法

针对当前自由立体3D显示器的最佳观看距离固定和无法灵活调的等问题,本文在Unity3D平台上采用Cg语言编程,提出了可变视点数立体图像合成算法。该算法根据最佳观看距离与视点数之间的关系,调整光栅截距对应的像素点,实现了通过灵活改变视点数来改变自由立体3D显示的最佳观看距离。实验结果表明,通过此算法合成的立体图像可以调整显示的最佳观看距离,并且实验测得的视点数与计算所得的视点数误差较小。图像串扰较低、合成效率高,使观看者能在不同距离都能舒适观看立体图像。     

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。     

立体液晶显示器的光栅位移控制系统

在以两幅立体图像对作为立体图像资源的自由立体显示技术中,观看者必须处在显示屏中央法线方向的有限区域内,才能观看到最佳立体效果。文章介绍了一种克服上述限制、扩展显示器立体视角的方法———观看者跟踪法。采用摄像头拍摄人脸,通过对视频图像的处理获取观看者眼睛位置的连续参数。根据参数的动态变化,通过控制系统的处理,进行光栅位置的自动调整,从而解决了立体视角范围受限制的问题。采用单片机进行控制系统的数据处理,实现了实时性的要求。在分析光栅位移控制系统结构的基础上,根据理论计算以及实验验证,得出了人脸位置参数与光栅位移的变化关系,并给出了单片机的程序控制流程。实验表明,文章所提出的方法可以将显示器的立体视角扩大至±30°,系统响应时间小于50ms。