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。     

真三维旋转显示屏体素分析及均匀化校正研究

基于人眼视觉滞留效应,采用高速旋转的平面显示屏像素瞬间发光,形成圆柱体立体空间中的体素,重建真三维立体图像显示。针对旋转体机械结构造成的体素外疏内密的特点,本文研究了体素均匀化校正处理,得到较为理想的立体三维图像显示。     

固态体积式真三维立体显示器中继系统设计

固态体积式真三维立体显示将三维目标体信息通过高速投影光学引擎,依据显示信息表面深度不同,分别投影到对应深度的显示体上。文章设计了用于固态体积式真三维立体显示照明光路中的中继系统,其放大率为-2,物方数值孔径为0.402,优化后畸变小于0.5%,大大提高了固态体积式真三维立体显示器照明系统的能量利用率和均匀性,降低了系统对光源亮度的要求,同时也减小了系统的发热量。     

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。     

真三维立体显示技术中体扫描技术的图像引擎研究

真三维立体显示技术是近年来新兴的三维显示技术。在三维立体空间对物体成像，突破了平面显示的禁锢。立体显示技术使用了很多方法，如静态体成像技术和体扫描技术。本文研究了用于显示动态体的体扫描技术的图像引擎的一些特性，使用一个基本的配备了无源发射表面的平移运动的体扫描系统的图像引擎。详细研究了坐标系统的转换，处理图像数据的过程，体素排序等。为真三维立体显示技术的进一步研究提供了必要的理论基础和重要的技术方法。     

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。     

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PC的体绘制技术

研究一种基于PC的体绘制技术,采用改进的光线投射算法,并以Visual C 6.0为开发环境,实现基于Open-GL光照模型的直接体绘制系统,突破现有三维体绘制大都基于专用图像工作站的现状,在微机上成功地实现从建立灰度体素模型、灰度体数据显示,包括灰度梯度计算、光照效应计算、投影合成显示等整个体绘制过程。并在Widows 2000平台下形成界面友好的人机交互通用化系统,从而较好地解决了体绘制生成图像质量和显示速度之间的深刻矛盾,达到快速有效完成三维图像显示的目的,并应用于外科手术支援系统中。     

一种三维数据场多表面显示方法

本文提出了一种基于体绘制的三维数据场多表面显示方法.首先,采用灰度梯度加权提取出三维数据场中不同物质间的边界,根据显示的需要只对这些边界上的体元赋予相应的阻光度并进行光亮度合成计算,因而可大大减少计算量,提高显示的速度;将边界上的体元作为不同物质的混合体,采用与方向有关的三线性插值来计算视线方向与体素内等值面的交点,根据交点的法向量进行光照效应计算以提高显示图像的质量;最后用投影成像法显示最终的图像.本文对医学CT图像做了相关的实验,取得了较好的效果.     

基于计算机视觉算法的图像处理技术研究

真三维显示技术将图像每个三维体素空间位置、亮度和色彩进行真实还原,这样就可以建立起三维空间图像。但进行智能交互过程中会存在图像畸变问题。文章针对该问题提出一种新型的计算机视觉算法,通过ARM芯片构建起计算机视觉系统,利用高速摄像机、定向散射屏来进行高速投影,再结合CNN模型来进行深度生产,对投影时产生的畸形图像进行矫正处理,可以达到较高分辨率和较宽的视角,具有很高的应用价值。     

基于LED旋转屏及DLP三维图像源的研究

通过介绍实验室已制作完成的基于LED旋转屏的真三维立体显示方案和基于DLP的自由立体显示方案,解释了自由立体显示的基本原理和分光特点。在原有的显示器基础上,提出了三维图像源制作的思想和方法。为三维图像源制作的进一步研究提供了重要的技术方法。     

固态体积式真三维立体显示器的色度学特性

开发了一种真三维显示器样机,由单片DMD、200W UHP光源、RGBRGB 6段4倍速色轮、20层液晶光阀组成的显示体、投影镜头、折叠光路、控制电路等部分组成。对该显示器的色度学特性进行了分析,其色域是NTSC标准的53.8%,色温是5 401K。色轮是影响色域的主要因素之一,选择新的色轮后,色域提升至NTSC标准的69.7%。     

多屏幕三维体显示技术

现如今随着科技的进步,显示技术已不仅仅局限于二维的平面中,各种三维的显示技术层出不穷。本项目对基于多块PDLC(聚合物掺杂液晶[1])屏幕的立体显示技术进行了研究,利用了PDLC屏幕的开关特性,采用多屏幕分时显示,同步的全息投影的方法,显示出三维的图像。实验中分析了PDLC屏幕的响应特性,设计了屏幕的驱动电路的硬件、时序和波形,探讨了基于Opencv的景深提取算法。最后获得了有一定景深的三维图像。     

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。     

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。     

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。