真三维显示技术在战场可视化系统中的应用

在阐述战场可视化对现代战争重要性的基础上,分析了现代战争对战场可视化的新需求,并提出真三维显示作为一种新型的基于体素的三难显示技术。显示效果既具有心理景深又具有物理景深,是战场可视化技术的突破性解决方法。概要介绍了真三维显示技术,描述了真三维显示技术在战场可视化系统模型中的应用。

真三维显示器的交互技术

真三维显示相比于二维显示能够提供更直观、更自然的交流模式,近年来受到了国内外的广泛关注。为了实现与真三维显示装置之间自然的人机交互,提出了一套基于美国Actuality Systems公司的Perspecta 3D真三维显示器的人机交互系统。该系统由红外双摄像机跟踪器及手持交互装置构成。跟踪器实时采集交互装置的红外图像并求解装置在真实空间中的三维位置,进而对用户的交互动作进行解析。解析获得的交互数据实时传入计算机并与真三维显示器显示的虚拟物体进行交互,实现了点击、拖动、放大和缩小等自然的交互方式。

基于DMD的真三维显示系统及其三维成像引擎设计

结合在体元式三维显示(Volumetric 3D display)中比较有代表性的3种显示系统,在说明了体元式真三维显示系统的实现思路和方法的基础上,从应用的角度解析以DMD为核心构成的三维成像引擎在体元式真三维显示系统中的应用,并给出3种基于DMD的三维成像引擎架构,能够在不同层次上很好地满足真三维显示对海量数据实时、高速、精确处理的要求。

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。

一种基于空间散射元点阵的真三维显示方法

阐述了一种真三维显示方法,方法能够显示对象的物理深度,从而真实地表达第三维。方法基于空间散射元点阵,通过特定算法,生成要显示的对象的平行投影图像。然后,利用透镜折射投影仪光线来获得平行的投射光线,点亮点阵中对应的散射元。在已有方法基础上进行了改进,采用确定性的点阵分布,研究了点阵分布的寻优,并提出利用深度编码产生投影图的方法,最后进行了计算机模拟验证。改进后的方法,在保证了良好的可见度基础上简化了原始方法中的生成投影图的算法,提高了显示效率。

真三维显示系统的构建及其成像效果分析

基于人眼的视觉暂留原理,从机械和电路两个方面构建了基于LED旋转屏的真三维显示系统,运用切面原理把空间体系里的三维图像转换成N份平面二维体系里的二维曲线;同时提出了新的扫描映射方法曲线网格离散化用于对图像和LED灯的位置关系的精确处理。通过硬件平台的实验,验证了不同转速带对真三维显示的影响。实验表明,存在最佳电机转速带使LED旋转真三维显示效果最佳,在转速饱和区之外图像显示效果将受到影响。

真三维显示器上立体空间鼠标的实现及优化

通过介绍基于视觉的空间定位方法,解释了真三维立体鼠标的实现原理,搭建了真三维立体鼠标系统。针对真三维立体鼠标的空间静态与动态抖动问题,研究了真三维立体鼠标的去抖方法。为了实现两点触控,提出了鬼点去除方法,实现了两个指尖的位置识别。实验证明,在不需要佩戴任何标记和传感器的条件下,基于视觉的立体鼠标能够在真三维显示器上准确绘制图形且不受室内环境光干扰。

基于FPGA的固态体积式真三维显示系统视频驱动设计

固态体积式真三维显示系统的视频显示核心器件为数字微镜D4100投影系统,文章基于D4100的视频驱动特点及接口要求,以FPGA为核心设计了由DVI的数据接收处理至D4100投影显示系统,包括DVI视频解码、视频输出处理、时序控制以及LVDS发送模块,并实际设计电路板,与D4100联合调试,实现1024×768的图像投影显示。

真三维显示系统构建及转速对成像效果的影响

基于视觉停留原理,从机械和电路两个方面对LED旋转屏的真三维显示系统进行了分析,并通过实验探讨了不同转速对真三维显示成像效果的影响。

基于局部数据更新的真三维显示数据实时传输处理技术

针对基于多投影机的真三维技术特点和实际应用需求,本文提出了一种基于局部数据更新的真三维显示数据实时传输处理方法。非实时传输并本地缓存背景图像,实时动态更新局部图像,最终将两者叠加并显示。实验证明,该方法能够有效解决亿级体像素的真三维显示系统实时刷新需求,并具有一定的可拓展性。

真三维显示器中的导光型白光同步照明系统

本文提出了一种新型导光型白光同步照明光学系统,采用高亮度、连续白光UHP灯作为光源,用积分棒和棱镜等光学元件构成旋转组和固定组。旋转组只有一套且与屏幕同步旋转,而固定组与投影机一一对应且绕屏幕转轴按奇偶角交替排列。旋转组交替扫描固定组,固定组将照明线偏振化后提供给投影机。文中详细论述了系统的工作原理,进行了模拟仿真和实验验证,并给出了在二型真三维显示器中的应用效果。研究表明,该照明光学系统能够满足基于多投影机的真三维显示器需要且具有结构紧凑、重量轻、光损耗低和装调方便等优点。

真三维显示技术在景观环境实时表现中的应用展望

真三维显示具有真实感的数字景观场景,观察者以裸眼即可看到高清晰的立体图像,而能产生身临其境之感。该技术能够展示一个最接近客观现实的立体画面,符合人们观察世界的真实感受。基于现有景观环境设计采用二维屏幕实现三维图像显示技术的局限性,研究探讨了将真三维显示技术应用于景观环境实时表现中的可行性和技术性优势,进而指出真三维显示技术在景观环境实时表现中实际的应用场景和应用价值。

一种真三维显示数据生成的方法

固态体积式真三维显示技术是目前最新的体数据显示技术。针对该技术存在的实时显示问题提出一种真三维显示数据生成的方法。该方法以Visual Studio.NET为平台通过基于OpenGL格式的三维模型为例进行实验,对三维图像数据进行读取、压缩编码以及快速绘制进行了研究。程序已在VC++.NET环境下编译、调试通过,优化代码后,图像显示的刷新速度为24帧/s,在计算机上初步实现了实时显示。

基于多空间光调制器拼接的空间悬浮全息真三维显示

全息技术是实现空间悬浮真三维(3D)显示的重要方法。空间光调制器(SLM)作为当前唯一的实时动态全息真3D图像投射仪器,像素量、分辨率等不足限制了其在空间悬浮真三维显示领域的应用。研究多SLM拼接实现高分辨低噪声的空间悬浮真3D显示,首先通过菲涅耳层析法结合空间坐标变换技术,计算获得3D物体360°视角的高分辨率全息图;然后将每张全息图分为相同分辨率的4幅图,加载到阵列式拼接的4个SLMs上,滤除一阶之外的光束后,再现出完整的具有高信息容量高分辨率的全息3D实像;最后利用超声雾化介质进行承载,实现实时动态空间悬浮真3D显示。另外,利用时间平均法对重建像进行噪声抑制研究,实验结果证明该方法可有效地提升空间悬浮全息显示图像的质量。

融合实时三维采集及多视三维显示的真三维端到端系统

针对三维图像数据获取和显示结合的问题,本文设计了一种融合数据采集和显示的端到端系统。该系统根据人眼自然观察方式,采用对应的采集和显示方法提供对物体从输入(采集)端到输出(显示)端可视化的逼真体验。本文重点阐述了系统中采集、传输以及显示部分的软、硬件结构的设计实现,其中输入(采集)端使用相机阵列对物体进行采集,图像经过采集校正后传输到由投影阵列组成的输出(显示)端,进行投影校正后再投影到各向异性散射屏上,以多视真三维显示的方式进行显示。本文对不同参数下的实际物体显示效果进行了对比试验,结果表明,通过合理选择参数,该样机可以很好地以真三维的方式显示采集得到的图像。

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。

真三维显示系统的Roesser模型及其性能分析

文章用多维系统控制理论的思想方法研究光学显示问题,为了对真三维显示系统进行建模,并分析其性能,针对体空间中每个体素点的分布情况,将三维位置坐标和一维时间坐标相结合,建立四维Givone-Roesser(GR)模型对真三维显示系统进行状态空间表示.阐述了真三维显示系统工作过程,对其进行实时性分析,简化了系统矩阵.介绍了定点量化模型,推导出该系统经量化后全局渐近稳定的充分必要条件.实验结果表明,一个尺寸为4*4*4和8*8*8的真三维显示系统中,体素点的状态向量会收敛到0,因此是渐近稳定的.文章提出的Roesser模型表示方法既能简化系统数学表达,又有利于系统分析与设计,便于微控制器的软件实现,实时性与稳定性分析可广泛应用到真三维显示系统分析与设计中,具有极高的应用价值.

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。