浅谈球幕投影技术的应用分析

球形投影是一种创意投影表现方式,随着在一些科技馆、主题乐园、模拟仿真领域中的应用,曝光率也逐年的提升。这是一个魔幻的球体,利用在曲面上实现大尺寸图像内容的无缝拼接技术,实现特殊曲面甚至球面的全景影像,给用户以先进的科技体验。用户可以360度,全方位的对球体投影的内容进行感知,增加了用户的信息量获取,对于一些在球体上才能较好表现的事物提供了优秀的表现平台。本文主要介绍球幕的技术特点难点以及球幕投影技术在相关领域的应用做分析,以期为球幕项目建设、技术选型等提供有益的参考和帮助。

激光显示广角球幕投影镜头设计

激光显示具有色域大、颜色饱和度高、显示画面尺寸灵活可变、无电磁射线辐射等优点。本文根据应用要求,研究和设计了一种用于球幕投影的激光显示广角镜头。分析和计算了激光三基色的白场和光功率匹配参数。投影物镜采用远心反远结构,并且为全球面光学系统,易于加工和检测。设计中有效地控制了系统畸变,利用光阑像差提高了投影显示像面边缘的光照度,改善了像面照度的均匀性,解决了广角系统中像面照度不均匀和畸变控制的难题。投影系统焦距为11.3mm,F#数为2.5;全视场角可达到110°。Nyquist频率处,90%视场内MTF大于0.6,像面照度均匀性优于95%,全视场畸变小于1.5%;色差小于0.5pixel。分析结果表明,本文提出光学设计思路和方法可行,满足应用需求。

球幕数字天象厅多投影拼接技术研究

传统光学天象厅因为节目制作难度大,成本高昂,功能扩展困难等缺点逐渐被功能强大的数字天象厅取代。随着天文教育和科普的深入推广,国内对数字天象厅的需求越来越大。数字天象厅的核心是球幕投影技术。针对球幕投影技术存在的一些技术问题,如自动化程度不高,需要人工干预等,提出了面向中小型球幕天象厅易于实现的多投影自动拼接方案。对方案中的几何校正、亮度校正、颜色校正等核心功能进行了详细的论述。该方案便于操作,易于实现,对中小型球幕有良好表现,对大型球幕也有借鉴意义。

球幕投影通用型变焦鱼眼镜头设计

为了匹配不同类型和规格的工程数字投影机的投影球形幕,提出了设计通用型投影变焦鱼眼镜头的基本方法。首先,基于投影鱼眼镜头自身特性和通用性特点,确定了目标系统采用的光学结构类型;通过优选配置二组元变焦核初始条件参数,对补偿组的位移曲线进行了线性改造,从而使两条凸轮曲线可同步构造为标准螺旋线。之后,通过合理控制前固定组球差及后固定组焦距,使变焦过程中的像面保持稳定。设计结果表明,光学系统采用二运动组元机械补偿式正组变倍负组补偿结构,在变焦过程中可以保持全视场角160°和孔径F#为2基本不变。通过合理控制过程参量,可以使系统适配光学引擎中棱镜的有效光学厚度为16.5～26mm,满足1LCD、3LCD和1DMD常见技术类型、16～24cm(0.63～0.95in)芯片尺寸及16∶9和4∶3两种芯片长宽比的数字工程投影机使用,像面位移量控制在±0.03mm以内。该设计可以满足投影鱼眼镜头的常规投影及通用性要求,结构简单,工艺性强。

内投式球幕投影系统的实现算法

针对内投式球幕投影中涉及的计算机处理过程,提出了基于虚拟球面变换和虚拟鱼眼透镜投射的内投式球幕投影算法,并针对不规则鱼眼透镜导致的球幕映像扭曲,提出了基于等立体角投影函数的六阶函数校正算法,该六阶函数的系数可通过简单求解六元一次方程获得。实验结果表明,该方法能完全消除不规则鱼眼透镜导致的球幕投影扭曲。针对球幕投影导致的图像亮度分布变异提出了基于投射角余弦修正的球幕光强校正算法。实验结果表明,该算法成功地把与输入二维图像亮度分布差异明显的球幕投影图像校正至与原始图像亮度分布高度一致的状态。该方法对球幕投影系统的设计和软件开发具有重要的理论指导意义和实践应用价值。

六通道球幕投影图像畸变校正及融合板设计

多通道球幕投影技术是一种重要的信息可视化技术,针对投影图像易发生图像畸变以及图像重合区域会产生亮带等问题,提出一种基于图像校正原理的图像融合处理方法。首先分析投影图像之间的几何位置关系,采用网格划分法对畸变图像进行校正,实现边缘图像的网格位置拼接对齐;然后采用边缘衰减算法来对图像进行边缘融合处理,并且设计出一种球幕投影融合用的遮光板装置,对多源投影的球幕中所产生的重叠光路进行过滤,消除多源投影中球幕图像上的亮带,使投影图像的整体亮度保持均匀,最后通过实验对投影图像的边缘融合效果进行分析,结果表明,实验选取的5组图像峰值信噪比平均值为33.550 dB,证明该方法具有较好的边缘融合效果。

球幕投影数字鱼眼镜头的光学设计

采用"非相似"成像原理,利用Zemax光学软件设计了一款适用于1.60cm(0.63英寸)3LCD数字投影机的球幕投影数字鱼眼镜头。镜头结构是一种反远距型光学结构,由5组6片球面透镜组成,具有结构简单、易加工等特点。镜头全视场角为180°,焦距为3.28mm,相对孔径为1/1.9,后工作距离为35.8mm,光学总长为196mm。镜头具有较高的成像质量,在50lp/mm处,各个视场的MTF值均大于0.4,最大垂轴色差为4.5μm,全视场的F-theta畸变绝对值小于3%,最大视场的像面相对照度达到96.27%。

小口径双通道球幕投影镜头的设计

为提高球幕投影成像质量,提出了双通道球幕投影方案,并基于此方案,为3.05cm(1.2英寸)3DMD芯片技术投影机设计了双通道球幕投影镜头。根据投影方案确定了设计指标,对初始结构的选型做出了合理的分析,阐述了光学设计过程,给出了像差优化及设计结果的评价。为避免镜头口径过大引起的重心不稳,通过合理控制光线入射高度,将镜头首片透镜的口径进行了大幅度的压缩,最终口径仅为102mm。设计的成像质量高、像质均匀的球幕双拼投影镜头F#为2.5,反远比为6∶1,1.0视场在38lp/mm的Nyquist频率处MTF值为0.5,0.85以内视场的MTF值达到0.65以上,最大横向色差为4.7μm,小于0.5pixel。

浅析球幕投影技术

随着科技的不断进步,信息化时代的到来,特别是数字化技术的普及应用,对信息的传播方式越来越多样化,而且人们对接受信息的要求越来越高,普通的如书本、杂志和电视已满足不了人们视觉感官享受。球幕投影这一种全视场的给观众带来超强临场真实感和空间感的显示方式迎合人们的视觉感官和数字化技术的发展下诞生了。

HMD、球幕和平面投影的环境模拟对焦虑缓解的效果对比

以国内某大学在校研究生为对象,利用状态-特质焦虑量表(STAI),定量比较头戴式虚拟显示器(Head Mounted Display,HMD)、球幕、平面投影三种媒体环境中的环境模拟对焦虑的缓解效果。实验以Oculus头戴式虚拟显示器,球幕,投影仪为主要实验设备。实验对象在焦虑情绪诱发实验后,分三组分别体验三种媒体中的自然环境模拟,对比前后状态焦虑情况分析焦虑缓解效果。研究结果表明:(1)三种媒体中的环境模拟对焦虑缓解均有效,且效果为Oculus>平面投影>球幕。(2)球幕中的环境模拟对焦虑的缓解效果个体差异最大,平面投影次之,Oculus个体差异最小。

LED球幕视频显示应用探讨

通过对比LED球幕技术与投影球幕技术,探讨LED球幕显示技术的实现,音响场景所需要的LED球形显示硬件条件以及LED球形屏设计的专利技术支撑。

基于RTX64的激光目标模拟系统实时控制软件设计

为满足搭载平面反射镜的高精度二轴机械转台为核心的激光点目标球幕投影系统仿真目标点的时间精度与位置精度要求,提出在具有高实时性和时间精度的RTX (real-time extension)64实时扩展系统环境下开发和运行的计算机控制软件的设计方案。使用实时CAN总线通信与以太网结合的通信控制方法,实现各子系统之间的数据通信和协同控制,提升运动目标模拟的位置精度和时间精度。在20ms的同步控制时钟周期下,重复实验中模拟目标点的误差最大值分别为0.005 34°与0.004 04°,符合激光点目标球幕投影系统的模拟精度要求,证明该实时控制软件的设计方案可行。

基于FPGA的核电厂施工管理系统大型球幕图像融合卡的设计

海南核电3、4号机工程建设期间,为了更准确地监视现场的施工情况以及演习时模拟事故场景,海南核电建设了大画面可视监控系统。为了增加身临其境的效果,采用球幕投影的方式增强显示效果,并通过图像融合方法扩展画面的分辨率。由于现有硬件融合技术成本高,设计并实现了一种基于FPGA的图像融合卡,能够实现6通道1920×1080分辨率的视频信号的几何校正和边缘融合,经现场验证显示效果良好,能够在所有施工现场推广应用。