自由立体显示柱透镜光栅合成图像的设计和优化

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作者：

王霞

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摘要：

部分传统的二维显示可以通过心理暗示使人获得空间深度感。与其相比,真三维显示是生理3D显示,它比传统的二维显示更逼真地再现场景的深度信息,使观众有身临其境的生理视觉感受。在裸眼三维的显示方式中,柱透镜光栅3D显示方式由于其成像原理简单,操作易行,价位低,透光性好等特点而被广泛使用。基于左右眼视差原理的柱透镜光栅式裸眼3D显示模式存在视差图之间明显的串扰现象和视角范围小等问题。为此,根据柱透镜单元的光线传输特性,提出了一种非均匀宽度视差图条纹及其在合成图像中非均匀排列的方法,该方法可以减少立体图像串扰,增加各个视点接收到的对应视差图的信息量。提出了在曲面电视显示屏前放置曲面光栅的方法。曲面柱面透镜光栅到人眼的距离近似相等,可使来自同一视差的光线更多地进入人眼。这种方法能增加3D显示的观看视角,使图像更加清晰。利用正交柱透镜光栅可以实现微透镜阵列集成成像的效果。本文理论分析了其成像光路的走向,可为正交柱面透镜光栅实现集成成像设计提供参考。此外,将柱面透镜光栅倾斜于合成图像条纹方向放置,可减小莫尔条纹,改善观看效果,但随之而来会产生图像在竖直和水平方向分辨率损失的现象。为此,用解析法分析了柱透镜光栅条纹方向与屏表面的坐标轴倾斜夹角的变化引起分辨率变化,利用Mathematics软件模拟得到了相应曲线图,其结果与用ASAP软件模拟法间隔取点绘制的曲线图非常接近,表明了解析法计算的正确性。由3D软件制作了可借助红绿眼镜观看到明显3D效果的传统红绿图;用3Ds Max软件生成了同一场景的不同视差图,为进一步实现柱透镜光栅3D显示提供了广泛的数字化素材。

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关键词：

柱透镜光栅 合成图像 立体显示 曲面光栅 正交柱透镜阵列 Cylindrical lens grating Synthetic image Auto-stereoscopic display Curved surface grating Orthogonal cylindrical lens arrays