基于方形RGBW子像素排列的跟踪式自由立体显示屏

针对传统基于移动狭缝光栅的跟踪式自由立体显示中因观看者头部微动看到串扰立体图像的问题,提出了一种基于方形RGBW子像素排列和斜置狭缝光栅的跟踪式自由立体显示屏,通过创建具有固定宽度的无串扰视区,为不同观看者提供无串扰的立体图像。分析了自由立体显示屏的工作原理,给出了其参数计算公式。实际设计了基于提出方法和传统方法的跟踪式自由立体显示屏,并仿真了它们在最佳观看距离处水平方向上的亮度分布。通过对比分析,得出基于提出方法的跟踪式自由立体显示屏在最佳观看距离处获得了具有固定宽度的无串扰视区,从而保证了观看者始终观看到无串扰的立体图像。     

跟踪式自由立体显示中一种降低串扰的显示方法

针对传统光栅式自由立体显示中立体图像出现的串扰甚至左右眼图像反转问题,在单用户的自由立体显示方式基础上,提出了移动图像子像素以跟踪头部运动的左右眼视差的三维图像显示方法,通过跟踪人眼位置,相应地移动图像的RGB子像素,实现视点物理位置的相对改变,从而修正头部移动过程中左右眼图像之间的关系。基于狭缝光栅式自由立体显示器的工作原理,根据其双目显示与串扰参数的计算公式,通过Matlab计算,导出了新旧两种方法在最佳观看距离处的串扰分布的表达式。Tracepro仿真验证结果表明,基于本文提出的方法能够校正视点位置而跟踪正确的左右眼图像,实现头部移动过程中减小甚至消除串扰的目的。     

自由立体显示器的光学性能测量与研究

为了评价自由立体显示器的光学性能,以八视点狭缝光栅自由立体显示器为例,针对不同的视点图像,测量了不同视角下的亮度值与色度值,研究自由立体显示器的光学性能,其光学性能包括自由立体显示器的最佳观看位置、串扰、可视范围、亮度均匀性、色度均匀性和莫尔条纹。结果表明,这种测量及分析方法实现了对多视点立体显示器光学性能的定量评估,增强了评估立体显示器性能的客观性,对自由立体显示器的设计具有指导意义。     

光栅式自由立体显示器光学构成的理论研究

自由立体显示器是新一代图像显示器件之一，其中基于光栅的立体显示器具有许多卓越的优点。本文首先分析了光栅式自由立体显示器的光学结构，在此基础上，进一步论述了狭缝式自由立体显示器的光学模型。     

垂直/倾斜型交错狭缝光栅对立体显示效果的影响

利用传统狭缝光栅实现的自由立体显示器,存在着串扰严重、莫尔条纹明显、可视区域较小、在水平和竖直方向上光损失不平衡等缺陷。针对这些问题,本文就狭缝光栅的倾斜角度、狭缝宽度、狭缝错开距离等光栅关键参数对立体显示莫尔条纹、串扰、可视区域的影响展开研究,分析了交错狭缝光栅设计方案,优化设计了两种狭缝光栅立体显示器件,分别采用了垂直交错狭缝光栅和倾斜交错狭缝光栅。以4视点的自由立体显示器为例,以像素半高度将相邻的两段狭缝错开。实验测试结果表明,当倾角θ为12.2°,错开距离分别为0.053 7mm和0.030 2mm时,垂直/倾斜交错光栅均能有效减少莫尔条纹的发生。对比发现,倾斜交错光栅的串扰仅增加1.57%,但可视区域增加了17.9%,且在水平和竖直方向上光损失率匹配度较高,立体显示效果明显改善。     

狭缝光栅裸眼立体显示器的参数优化设计

在传统的狭缝光栅裸眼立体显示器设计中,在增大可视区域左右尺寸和降低图像间串扰时,将会引起光能损失率增大。针对这一问题,对传统的设计参数进行优化,在确保光能损失率可以接受的条件下,依据立体视觉要求进行仿真和实验,通过减小狭缝宽度的值,增大视区的左右尺寸,降低串扰。实验结果表明,与理论值相比较,优化后的视区左右尺寸增大9 mm,串扰值降低2.3%,而光能损失率只增加0.07,具有较高的应用价值。     

基于LCD的自由立体显示技术

利用液晶显示器实现自由立体显示的办法有两种，一是采用狭缝光栅板，二是采用柱面光栅板，各类结构的立体显示器具有不同的特点。基于狭缝光栅板的立体液晶显示器有两种结构，即前置狭缝式和后置狭缝式。介绍了两种结构的差异，并简单介绍作者在立体显示技术方面的最新研究成果。     

光栅式自由立体显示器空间视区建模与串扰计算

为了实现光栅式自由立体显示器的空间视区建模与串扰的理论计算,提出一种基于光学仿真软件Lighttools的空间视区模型建立与串扰计算方法。首先,在Lighttools中,以设计最佳观看位置(OVD)为轴心,建立3个空间平面探测器。然后,对探测平面上的照度仿真数据进行特征分析,得到空间视区的简化模型;分析简化模型与原始模型的空间线性和空间角度关系,得到空间视区在三维空间的几何分布。最后,依据视区模型的理论边界,计算各个视区范围内的串扰度。从而完成了视区与串扰两个参数的规范化与数字化,为自由立体显示器的设计和使用提供明确的理论指导。     

光栅式自由立体显示器概述

文章介绍了光栅式自由立体显示器的结构及原理,分析了影响其立体效果及性能的因素,如人眼调节和会聚特性、多视点技术、亮度及分辨率损失、串扰、2D／3D切换及兼容性等,并简要介绍了相应的提高立体显示效果的方法。     

基于Unity3D的可变视点数立体图像合成算法

针对当前自由立体3D显示器的最佳观看距离固定和无法灵活调的等问题,本文在Unity3D平台上采用Cg语言编程,提出了可变视点数立体图像合成算法。该算法根据最佳观看距离与视点数之间的关系,调整光栅截距对应的像素点,实现了通过灵活改变视点数来改变自由立体3D显示的最佳观看距离。实验结果表明,通过此算法合成的立体图像可以调整显示的最佳观看距离,并且实验测得的视点数与计算所得的视点数误差较小。图像串扰较低、合成效率高,使观看者能在不同距离都能舒适观看立体图像。     

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。     

基于SIFT 匹配的多视点立体图像零视差调整

针对目标跟踪过程中目标可能出现的快速变化和严重遮挡等问题,提出了一种基于新的子空间表示的目标跟踪算法。采用距离不变量对尺度不变特征变换(SIFT)特征点匹配对进行提纯。用提纯后的特征点匹配对,通过线性拟合得到仿射变化参数。在粒子滤波的理论框架下,采用快速的迭代算法,建立目标的主分量(PCA)子空间表示,结合计算得到的仿射变化参数,构造有效的目标观测模型完成跟踪。同时,采用在线学习的方法对SIFT特征点和PCA子空间进行定时更新。大量实验表明,提出的算法能快速有效地完成对姿态和形状剧烈变化的目标的精确跟踪。     

基于视觉显著性的立体显示灰阶串扰量化

为了更为合理地评价立体显示系统中的串扰现象,对传统灰阶串扰进行了加权并进一步单一数值量化。研究选取了大量涵盖各种类型和场景的立体图像,对每一灰阶转换组合出现的概率进行统计,同时提取立体图像视觉显著性,提出了平均灰阶转换显著性的概念。平均灰阶转换显著性以矩阵形式呈现,应用其对传统灰阶串扰矩阵加权后可获得更为合理的灰阶串扰。加权后的灰阶串扰矩阵求和后即可获得数值范围在0%~100%的单一数值串扰。提出的加权灰阶串扰及其数值单一化方法充分考虑了图像内容和人眼视觉关注机理的影响,得到的评价结果更加客观、合理。同时,研究结果对串扰现象的优化以及视觉舒适度的提高具有指导和推动作用。     

自由立体显示拍摄系统中摄像机空间自由度的确定

自由立体显示器的立体显示效果与视差图的视差大小及性质密切相关,而视差的大小是受获取视差图时相机的摆放方式影响的。文章提出利用双目相机标定技术求解左右摄像机中心的空间位置关系以及两个摄像机光轴的空间夹角,并通过标定结果不断调节摄像机的位置,从而使两个摄像机光轴达到近似平行,此时获取的视差图就可以保证更好的立体显示效果。通过实验研究得到了两个相机空间夹角允许的变化范围。该研究结果可用于指导自由立体显示器拍摄系统的调节。     

Perceptual strength of 3-D crosstalk in both achromatic and color images in stereoscopic 3-D displays

The cognitive strength of crosstalk in stereoscopic 3-D displays is investigated, and new quantitative analysis methods based on color difference and grayscale levels are developed. Unlike results using existing metrics, results by the new methods agree well with the perceived crosstalk strength in achromatic images with various levels of grayscale. The crosstalk in color images, which has not been studied before, exhibits interesting results in that the crosstalk metric based on the lightness difference expresses the best fit with the perceptual crosstalk when the intended image is black and the chroma value of the counterpart image is large, but the metric using the color difference works better when the intended image is not black. The new metrics reveal that the difference between active and passive 3-D displays is not as large as suggested by conventional crosstalk metrics, and the crosstalk in color images cannot be simply estimated by averaging the crosstalk of red, green, and blue subpixels. The new metrics will be useful in the development of new image processing technology and display technology for better image quality.     

Cancellation of image crosstalk in time-sequential displays ofstereoscopic video

Stereoscopic visualization systems based on liquid crystal shutter (LCS) eyewear and cathode-ray tube (CRT) displays provide today the best overall quality of three-dimensional (3-D) images and therefore have a dominant position in commercial as well as professional markets. Due to the CRT and LCS characteristics, however, such systems suffer from perceptual crosstalk ("shadows") at object boundaries that can reduce, and at times inhibit, the ability to perceive depth. In this paper, we propose a method to reduce such crosstalk. We present a simple model for intensity leak, we assess model parameters for a time-sequential LCS/CRT system and we propose a computationally efficient algorithm to eliminate the crosstalk. Since the full crosstalk elimination implies an unacceptable image degradation (reduction of contrast), we study the tradeoff between crosstalk elimination and image contrast. We describe experiments on synthetic and natural stereoscopic images and we discuss informal subjective viewing of processed images. Overall, the viewer response has been very positive; 3-D perception of many objects became either much easier or even effortless. Since the proposed algorithm can be easily implemented in real time (only linear scaling and table look-up are needed), we believe that it can be successfully used today in various stereoscopic applications suffering from image crosstalk. This is particularly true for PC-based 3-D viewing where the algorithm can be executed by the CPU or by an advanced graphics board.     

新型液晶立体显示屏驱动电路的研制

为了制作不需要立体眼镜的自动立体显示器,文章对显示屏驱动电路进行了研究,并调查了多种立体显示屏上像素和图像的排列规律及立体输入信号的具体格式,制作了立体信号变换电路,该电路主要由FPGA和QDRSRAM构成,放在Scaler和LVDS电路之间,对输入信号进行处理,最终发送到显示屏中相应的像素上。此电路可以适应多种液晶立体显示屏,并兼容多种立体信号源。通过实验表明整体技术和方案是成功的,可用于改进各种车辆、舰船和飞机的显示系统。     

The display of three-dimensional video images

Three-dimensional images can be pixellated in three distinct ways: volumetric, holographic, and autostereoscopic. The latter excels if images of opaque objects are to be displayed with wide fields of view, and the quality of view-sequential displays with 1° per view now appears adequate for general applications. Although in principle autostereoscopic pixellation gives a true three-dimensional image, 1/10° per view is needed to avoid flaws in a typical display. This approximately equals the diffraction limit, and the information content is no less than that of a hologram. A hybrid of holographic views and view-sequential multiplexing promises images with the field of view of autostereoscopic images but the significantly greater resolution and depth of holograms. Light valves and high-frame-rate arrays already have the space-bandwidth product needed to display such images, and further advances in photonic switches and gigahertz telecommunications look set to promote the display of such high-quality three-dimensional video images