3D(三维)显示器可以向观看者提供传统2D(二维)显示器所不能提供的深度信息,其信息量更加丰富,有人预言它将成为下代的主流显示设备。随着3D大片《阿凡达》的热播以及世界杯首次进行的3D转播,3D显示受到越来越多的关注。
在多种3d全息展示柜的3D显示技术之中,光栅3D显示技术因具有成本低、简单易实现、易于产业化等优点而备受人们青睐。传统的光栅3D显示器由2D显示器和柱透镜光栅或狭缝光栅两部分精密耦合构成,由于受到2D显示器分辨率、尺寸等参数的制约,难以实现大尺寸、高分辨率的3D图像显示。
云泰达提出两种基基于柱透镜和狭缝光栅的投影3D显示系统,这两种系统除了具有传统光栅3D显示器的简单易实现、成本低等优点之外,还易于实现高分辨率、大尺寸的3D图像显示。另外,3d全息展示柜3D图像质量的评价是3D显示技术发展不可或缺的一部分,本书提出了一种对投影3D显示图像进行评价的方法,该方法能够反映3D图像在深度方向上的特性。该评价方法能广泛用于助视/光30图像质量的评价。
云泰达具体研究内容分为以下三个部分。
(1)提出一种基于柱透镜和狭缝光栅的投影3D显示系统。该系统由投影机阵列、柱透镜光栅、背投影屏、狭缝光栅组成。投影机阵列水平放置并投射出多幅视差图像,经过柱透镜光栅后生成幅合成图像并显示在背投影屏上,利用放置在背投影屏前面的狭缝光栅的遮挡作用将合成图像中的不同视差图像分光至正确的视点,从而实现3D显示。柱透镜光栅的像差直接影响合成图像的质量,而合成图像的质量又直接影响3d全息广告机的3D显示效果,因此,我们采用ASAP软件进行模拟仿真实验,优化设计柱透镜光栅参数使其像差最小。实验结果表明柱透镜光栅的折射率越大、孔径角越小,像差就越小,这为具体柱透镜光栅的选择提供了依据。此外还模拟仿真了合成图像的生成过程,验证了理论设计的正确性。无畸变、无垂直视差的视差图像是获得良好3D显示效果的前提,为此,我们采用单应性原理对视差图像进行校正,使多幅投影视差图像在投影屏上显示在同一矩形区域内,消除了视差图像之间的垂直视差和图像的畸变;搭建了一套50In(英寸,11n=0.025m)的投影
3D显示系统,并对其视区的光强分布做了测试,以此来评估3D显示系统的分光性能。该系统实现了大尺寸、高分辨率的3D图像显示,3D显显示效果良好。
(2)为了进一步提升3D图像的亮度,我们提出一种基于双柱透镜光栅的投影3D显示系统该系统由投影机阵列、合图柱透镜光栅、背投影屏、分光柱透镜光栅组成。投影机阵列投射出多幅视差图像,经过合图柱透镜光栅的折射后生成一幅合成图像并显示在背投影屏上,利用放置在背投影屏前面的分光柱透镜光栅将合成图像中的不同视差图像分光至正确的视点,从而实现现3D显显示。设计了复合柱透镜光栅来增大柱透镜光栅的焦距,以改善投影3D显示系统的的观看距离。讨论了投影3D显示系统元件的装配对3D显示效果的影响,包括合图柱透镜光栅和分光柱透镜光栅之间的
相对倾斜角度、合图柱透镜光栅的焦平面与背投影屏之间的距离以及分光柱透镜光栅和合成图像像素之间的水平相对位置。搭建了一套50in的投影3D显示系统,相比基于柱透镜和狭缝光栅的
投影3D显示系统,该系统的3D图像亮度提高了近2倍,大大提高了光利用率。采用模拟和实验两种方法验证了投影3D显示系统的分光效果,得到的结果和理论设计一致。该系统实现了大尺寸
高分辨率和高亮度3D图像显示,3D显显示效果良好。
(3)提出一种对助视/光栅3D图像评价的方法,该方法可以反映3D图像在深度方向上的特征。采用主观评价的方法验证人眼对3D图像深度平面离散分布的感知,验证结果表明,2D显示器的像素节距越大,3D图像深度平面离散分布越明显。定量计算了离散深度平面的分布,定义深度方向上每英寸内的深度平面数为3D图像深度分辨率,定量地表示了3D图像在深度方向上的分布情况。以人眼的视差融合能力和立体视觉阈值为依据,分别计算了3D图像的有效立体像区和立体视觉阈值分辨率。当3D图像深度分辨率大于人眼的立体视觉阈值分辨率时,人眼无法感知到3D图像深度平面的离散分布,3D图像在深度方向上看起来就是连续的,3D显示效果就好,反之,3D图像在深度方向上看起来就是不连续的,3D显示效果就不好。研究了立体视党國值分辨率和3D图像深度分辨率与相关参数,包括2D显示器的像素节距、观看距离等的变化关系,得到3D图像深度分辨率大于人眼的立体视觉國值分辨率的条件。
