多视点3D显示中狭缝光栅的结构优化设计研究

论文摘要

3D显示是显示技术领域的重要研究方向。传统的3D显示需借助辅助工具,使观看者行动极为不便。因此设计一种比较实用、结构简单的3D显示系统具有重大意义。众多裸眼3D显示技术中,基于狭缝光栅的裸眼3D显示技术因结构简单、容易实现、3D显示效果出众而成为当今的一个研究热点。但该3D显示器存在着莫尔条纹、亮度不足、可视区域较小及串扰等问题。本文围绕这些问题重点研究了狭缝光栅的最佳倾斜角度选取、狭缝宽度的优化设计、光栅结构的优化设计。主要工作有以下几个方面：首先,利用双目视差特性设计狭缝光栅多视点裸眼3D显示器的结构,建立几何光路模型,分析裸眼3D显示器系统参数之间的几何关系,并研究基于子像素的多视点3D显示器设计方法。在这些基础上,初步研制出了光栅倾角为0。的传统垂直光栅样机。其次,本文针对狭缝光栅的倾角选取问题,将光栅和黑矩阵相互叠加后的图像进行傅里叶变换,通过频域分析选取莫尔条纹较淡时光栅的倾斜角度12。和27。。同时分析了子像素的排列规律,为了避免立体合成图产生畸变,选取较佳的子像素排列角度6。、9.5。、12。和18.4。。为同时满足较佳的光栅倾角和子像素排列,选取两者角度都为12。。再次,本文针对原理样机所产生的光能损失率和串扰较大、可视区域较小这些问题进行研究,先通过理论知识定性分析这三者之间的矛盾关系,再通过测试这三者的数值随狭缝宽度的变化情况,定量分析得出最优化的狭缝宽度,与理论狭缝宽度相比,优化后的单个视区左右尺寸增大9mm,串扰值降低2.3%,而光能损失率只增加2.5%。同时本文还将斜光栅的结构进行优化,提出了一种阶梯交错结构的光栅设计方法,该结构光栅比竖直光栅的莫尔条纹频率增加了0.14/mm,比斜光栅的单个视区左右尺寸增大了3.4mm。最后,根据之前的研究,设计并实现了基于阶梯交错光栅的4视点裸眼3D显示,其光栅倾角为12。,单个视区左右尺寸为19mm,串扰值为10.3%,能够显示良好的立体效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 裸眼3D显示技术分类
• 1.3 裸眼3D显示器的国内外研究现状
• 1.3.1 国外现状
• 1.3.2 国内现状
• 1.4 裸眼3D显示技术的应用
• 1.4.1 医疗领域
• 1.4.2 军事领域
• 1.4.3 工业领域
• 1.4.4 娱乐生活领域
• 1.4.5 教育文化领域
• 1.4.6 商业领域
• 1.5 本文研究内容及章节安排
• 第二章 传统多视点裸眼3D显示器的设计
• 2.1 双目视差
• 2.2 液晶显示器
• 2.2.1 液晶显示器简介
• 2.2.2 液晶显示器工作原理
• 2.2.3 液晶像素排列
• 2.3 基于狭缝光栅的多视点裸眼3D显示器
• 2.3.1 基本原理
• 2.3.2 多视点技术
• 2.3.3 裸眼3D显示器结构
• 2.4 传统垂直光栅的样机设计
• 2.4.1 几何建模
• 2.4.2 基于子像素的设计方法
• 2.4.3 实验测试
• 2.5 狭缝光栅3D显示器存在的问题分析
• 2.6 本章小结
• 第三章 狭缝光栅的倾斜角度分析及选取
• 3.1 莫尔条纹的现象及形成
• 3.1.1 莫尔条纹的现象
• 3.1.2 3D显示中的莫尔条纹
• 3.2 频域信号的计算方法分析
• 3.2.1 频域信号的变量声明
• 3.2.2 单色光栅及其叠加的频域计算
• 3.3 黑矩阵和狭缝光栅的频域分析
• 3.3.1 方波光栅的傅里叶级数
• 3.3.2 方波光栅叠加的傅里叶级数
• 3.3.3 狭缝光栅和黑矩阵叠加的频谱分析
• 3.4 光栅倾角选取
• 3.4.1 莫尔条纹分析
• 3.4.2 倾角选取
• 3.5 实验测试
• 3.6 子像素排列方式
• 3.7 本章小结
• 第四章 狭缝光栅裸眼3D显示器的结构优化设计
• 4.1 串扰和可视区域的现象及分析
• 4.1.1 串扰的现象及分析
• 4.1.2 可视区域的现象及分析
• 4.2 测试方法
• 4.3 狭缝宽度的优化讨论
• 4.4 阶梯交错狭缝光栅的设计
• 4.5 三种不同结构光栅的实验测试
• 4.5.1 莫尔条纹的测试
• 4.5.2 单个视区左右尺寸及串扰值测试
• 4.6 实拍效果图
• 4.7 本章小结
• 第五章 多视点裸眼3D显示器制作
• 5.1 多视点视差图像分析
• 5.1.1 视差图像的获取方法
• 5.1.2 图像格式分析
• 5.2 多视点立体图像合成
• 5.2.1 程序算法实现
• 5.2.2 图像合成实例
• 5.3 裸眼3D显示器演示
• 5.3.1 系统参数及样机装置
• 5.3.2 样机图片演示
• 5.4 本章小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 攻读硕士期间的研究成果及发表的学术论文