固态体积式真三维立体显示发光二极管投影光源

针对固态体积式真三维立体显示对高亮度和色温可调的要求,设计了采用大功率、单芯片发光二极管(LED)的投影光源。理论计算了投影光源的亮度,结合液晶光阀对不同波长透过率的影响,对理论设计结果进行了修正。考虑寿命、散热等影响因素,提出了采用大功率红绿蓝LED加白光LED的投影光源方案。针对选取的LED发光特性,采用混合集光方法设计了准直器,并进行了仿真和实际测试。测试结果表明:采用准直器后,LED的发散角从±75°减小为±20°。搭建了真三维显示系统样机,测试其屏前亮度达到149cd/m2,且无闪烁,立体感强,但存在视角较小的问题。实验显示,设计的投影光源满足固态体积式真三维立体显示的要求。

固态体积式真三维立体显示器

为了追求更加真实的立体显示效果,实现真正的三维物理空间显示,合肥工业大学研发了第二代固态体积式真三维立体显示器,文章介绍了显示器的整机结构及系统设计,并对显示效果进行了测试。介绍了显示器的各组成部分及作用,主要包括LED光源、方棒积分器、中继系统、全反射棱镜、分色棱镜、三片数字微镜器件、投影镜头、折叠光路、显示体和控制电路等。然后进行了系统设计,包括液晶光阀制作、光源设计和电路模块设计。搭建了样机并测试了整机显示效果,亮度达到123cd/m2,色彩饱和度达到78.43%NTSC色域。显示图像颜色鲜艳,亮度较高,立体感较强。

环境光对固态体积式真三维显示闪烁的影响研究

为了优化固态体积式真三维显示中的闪烁现象,研究了环境光对于显示闪烁的影响。通过傅里叶变换在频域获得环境光与成像光信号叠加后的频域能量分布,分析了环境光影响显示闪烁的原因。同时,设计完成了两组视觉感知实验并进行统计分析。结果显示,环境光的频率、最大光强及占空比对于真三维显示的闪烁程度有显著性影响,显著性差异小于0.001。其中,环境光的频率是影响显示闪烁的首要因素,环境光频率与显示刷新率相匹配是消除环境光对闪烁影响的主要途径;降低最大光强或提高占空比有助于消除闪烁。闪烁程度评价模型的评估结果与实验结果的相关系数大于0.99,研究结果对于基于层叠屏的三维显示闪烁程度优化具有积极的启发和指导作用。

一种用于固态体积式真三维显示的片源编码的改进方法

随着固态体积式真三维显示技术的快速发展,人们对该技术显示片源的要求不断提高,本文提出了一种用于固态体积式真三维显示的片源编码的改进方法。该方法对具有景深的虚拟场景提供3种处理模式:模式一,直接对RGB值和深度值进行编码、传输、解码;模式二,将RGB值转换成YUV值,再对YUV值和深度值进行编码、传输、解码;模式三,将RGB值转换成YUV值,对YUV值和深度值进行编码,再将编码后的YUV值转换成RGB值,对RGB值传输、解码。分别对这3种处理模式在工程样机上进行立体显示效果测试和编码效率的对比测试。实验证明:3种模式都能够达到立体显示要求,模式二和模式三生成的立体图像更逼真细致,模式二和模式三的编码效率比模式一的提高了至少3倍。该改进方法使生成的片源更具有灵活性和普适性,对YUV信号进行编码能够更贴合人眼对亮度的敏感度、使立体显示中的颜色信号更加充裕。

固态体积式真三维立体显示器显示体驱动电路设计

固态体积式真三维立体显示器显示体是由多层大尺寸液晶光阀组成,高速投影光学引擎将对应深度的图片投射到对应深度的液晶光阀上成像,经过人眼合成即可实现立体显示,因此驱动显示体使其与高速投影光学引擎相匹配是显示立体图像的重要保证。介绍了单层液晶光阀驱动电路,该电路具有驱动能力强,响应速度快,可实现双极性驱动的特点。在解决多个上述电路并联引起振荡叠加的基础上设计了显示体驱动电路和驱动控制电路。在分析60Hz刷新频率下显示体闪烁的原因之后,基于传统驱动方式提出了一种新的驱动方式,解决闪烁现象。可以实现真三维立体无闪烁显示,对于单层48cm(19in)液晶光阀,上升时间和下降时间之和为0.5ms,实现了快速驱动。满足了固态体积式真三维显示体驱动设计要求,为大尺寸液晶光阀驱动提供了一种方法。

固态体积式真三维立体显示器双灯照明系统设计

为了提高固态体积式真三维立体显示器的显示亮度,根据方棒照明系统的特点,设计了一种基于直流驱动、平行光出射的双灯照明系统。该设计根据光学扩展量守恒原理,提出了一种通过延长投影光源汇聚距离的方法以实现双灯照明。通过光学仿真分析,对设计的双灯方棒照明系统进行优化,提高方棒照明系统的光能利用率和照明均匀性。搭建实际系统,并进行了测试。测试结果表明:采用双灯直流汞灯照明后,2层散射态光阀后的成像亮度为41 711cd/m2,是单灯的1.4倍,有效提高了固态体积式真三维显示器的成像质量。

固态体积式真三维立体显示效果优化

为了优化固态体积式真三维的立体成像效果,显示出更加逼真的立体图像,对编码图像的灰度级和成像显示体的对比度进行了研究。论文从固态体积式真三维立体显示器成像原理出发,介绍了固态体积式真三维的电路系统、光学投影系统和成像显示体,在分析和研究影响立体显示效果的主要因素后提出了两种改进的方法。一种方法是通过降低图像刷新频率,提高编码图像数据位数,从而提高像素灰度等级,另一种方法是改变液晶光阀的盒厚,以此增强显示体的对比度。在真三维样机上,成功实现了32级灰度,将颜色种类从4 096种提升至32 768种,对比度相比原样机提高了1.2倍,主观感受到更加丰富的图像细节和色彩。优化效果明显,可以显示出细节更加清晰、颜色更加丰富和效果更加真实的三维立体图像。

102cm固态体积式真三维显示器投影光源设计

针对102cm固态体积式真三维立体显示器的亮度要求,设计了基于UHP光源的四灯投影光源系统,并通过复眼均光系统实现均匀照明。仿真结果表明,光源系统总的光通量为50 009lm,为理论计算值的1.21倍,且光斑均匀性达到86%。完成102cm固态体积式真三维立体显示器的装配、测试,测得屏前静态全白场亮度138nit,图像立体感较强,无明显分层现象。仿真和样机测试结果均表明,设计满足102cm固态体积式真三维显示的亮度要求。

固态体积式真三维显示器高速投影镜头设计

介绍了固态体积式真三维立体显示的原理及组成部分,主要部分包括高速投影镜头和多平面光学元件。分析了其中高速投影镜头所需达到的参数要求,即过投影镜头中心光线的最大张角不超过14.5°。采用与照相物镜类似的方法设计该镜头,选用具有较大相对孔径的双高斯物镜作为基本类型,确定半部系统的参数,根据对称关系得到全系统。最后采用ZEMAX软件设计出适合项目要求的高速投影镜头。像差分析表明,全视场内最大垂轴像差为63.5μm,最大横向色差小于2μm,最大畸变为2.4%。全视场范围内调制传递函数大于0.2的截止频率超过50lp/mm,能满足1024×768的分辨率要求。

固态体积式真三维显示中的闪烁评价及优化

为准确客观评价和优化固态体积式真三维显示中的闪烁现象,提出一种隔层扫描的光阀矩阵刷新方法。采用傅里叶变换分析成像光信号在不同扫描模式下的频域能量分布,在时间对比敏感度函数加权幅值谱强度(CSWA)评价模型的基础上,提出时间对比敏感度函数加权幅值谱对比度(CSWC)方法。两组视觉感知实验的结果与CSWC评价模型的估算结果的Pearson相关系数达到-0.99。结果表明,所提出的隔层扫描方法可以减轻真三维显示的闪烁,所提出的CSWC评价模型实现了对真三维显示闪烁程度的客观量化评价。该结果对基于深度融合原理的三维显示闪烁程度优化和观看舒适度提升起到积极的指导和推动作用。

固态体积式真三维显示中的灰度级修正研究

基于聚合物稳定胆甾相液晶(PSCT)光阀的固态体积式真三维(3D)显示体,在状态转换瞬间其雾度和透射率的非线性变化会引起成像亮度变化,并引起深度图像间的串扰。通过分析PSCT光阀的光电响应特性和显示体驱动方式,推导出显示体成像亮度的变化函数,并据此计算出子帧亮度和灰度级偏差。通过调整光阀的驱动时序和重新分配数字微镜器件子帧,结合伽马校正,实现了灰度级的修正。给出了在真3D样机上显示的灰度级修正前后的3D成像,实验结果表明,该方法在亮度损失较小(约6%)的前提下,有效地修正了真三维成像的灰度级偏差,并基本消除了深度图像间的串扰,在一定程度上提高了3D显示的成像质量。

真三维立体显示技术研究现状与进展

文章从双目视觉机理角度介绍了立体显示的相关原理,阐述了真三维立体显示的相关概念,同时解释了基于体素的三维显示技术,介绍了国外真三维立体显示技术的最新发展情况,并介绍我实验室自主研发的固态体积式真三维立体显示器的最新研究进展。

基于分类映射的真三维显示深度抗锯齿算法

针对现有的多层抗锯齿技术在成像深度方向陡峭的三维(3D)图像时出现深度不连续的问题,提出了一种基于分类映射的真三维深度抗锯齿算法。鉴于固态体积式真三维成像是三维曲面的特点,通过分析YOZ(或XOZ)平面截取三维曲面所生成的二维曲线,提出了符合人类立体视觉特性的、基于相邻多层映射的体素分解方法,以及体素映射类型的判定算法。通过原始体素的自适应分类映射,可以在一定程度上扩大深度连续条件下的偏轴观看角度。在搭建的固态体积式真三维立体显示系统上测试三维成像,在较大的偏轴观看角度(约45°)下多数三维成像在深度方向过渡平滑,可以获得较好的深度连续性。