彩色立體顯示關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、追求色彩豐富、視野廣闊、畫(huà)面真實(shí)、有臨場(chǎng)感及浸入感，是顯示技術(shù)研究永恒的主題。裸眼立體顯示技術(shù)是未來(lái)顯示領(lǐng)域的重要發(fā)展方向，它與立體視覺(jué)技術(shù)相結(jié)合，可以客觀、真實(shí)地顯示立體場(chǎng)景，且由于不需要配戴復(fù)雜的助視裝備，使用起來(lái)很方便，在許多領(lǐng)域有著潛在的巨大應(yīng)用。 本論文的研究重點(diǎn)在于解決基于TFTLCD(ThinFilmTransistorLiquidCrystalDisplay，薄膜晶體管液晶顯示器)的裸眼立體顯示器的光學(xué)原理及其關(guān)

2、鍵技術(shù)。裸眼立體顯示器的研究涉及視覺(jué)生理學(xué)、立體視覺(jué)、液晶技術(shù)、視頻技術(shù)、光學(xué)技術(shù)、測(cè)量技術(shù)等多學(xué)科的知識(shí)，課題涉及面廣，實(shí)踐性很強(qiáng)。 裸眼立體顯示技術(shù)的實(shí)現(xiàn)機(jī)理是論文研究的關(guān)鍵問(wèn)題之一。立體顯示技術(shù)是建立在人類(lèi)雙眼立體視覺(jué)機(jī)制基礎(chǔ)之上的人機(jī)混合系統(tǒng)，是與人的正常視覺(jué)分不開(kāi)的。筆者結(jié)合立體視覺(jué)幾何模型，以光線出射的簡(jiǎn)易模型研究了裸眼立體顯示器的視圖分離機(jī)制，仿真計(jì)算了照明光線的光路分布圖，并以此為基礎(chǔ)計(jì)算確定了照明板的關(guān)鍵參數(shù)。

3、根據(jù)視圖分離光路分布圖計(jì)算所得的關(guān)鍵參數(shù)，設(shè)計(jì)和加工了膠片光柵，以微小的代價(jià)和巧妙的方法設(shè)計(jì)了原理研究中的光學(xué)照明板，并以此照明板組裝了第一臺(tái)試驗(yàn)樣機(jī)，通過(guò)試驗(yàn)證明了設(shè)計(jì)參數(shù)的正確性。 進(jìn)一步研制了可控式的電子照明板，實(shí)現(xiàn)2D和3D顯示模式的自由選擇。國(guó)際上有同類(lèi)研究的經(jīng)驗(yàn)，而在我國(guó)本土設(shè)計(jì)制造成功，意味著裸眼立體顯示器研究獲得了重要突破，也是在國(guó)內(nèi)研制的第一臺(tái)裸眼立體顯示器。 照明板與液晶盒(TFTLCDcell)、背

4、光模組裝配在一起組成獨(dú)立的光學(xué)元件，即立體顯示液晶屏，需要高精度的裝配工藝來(lái)保證顯示質(zhì)量，筆者研究了一種適合實(shí)驗(yàn)室條件下的高精度裝配方法-“動(dòng)態(tài)裝配法”，使人工精密安裝成為可能，節(jié)約了設(shè)備開(kāi)支。該方法也適合于小批量的立體液晶屏生產(chǎn)。 研究了裸眼立體顯示器亞屏幕分區(qū)、虛擬屏幕和獨(dú)立視區(qū)概念；與亞屏幕分區(qū)相適應(yīng)的立體圖像和視頻源的規(guī)定格式；根據(jù)立體視圖的格式得出視圖變換的方法；研究了立體視頻的兼容性問(wèn)題；編寫(xiě)了靜態(tài)立體對(duì)圖像顯示軟件

5、。 提出“立體度”作為立體顯示效果的度量參數(shù)，把傳統(tǒng)的以“線”和“面”亮度測(cè)試的方法提高到“點(diǎn)”測(cè)試，改進(jìn)了測(cè)試方法；研究了立體度的意義，討論了裸眼立體顯示器立體度量值的范圍。這個(gè)評(píng)價(jià)方法適用于基于視差原理的任意類(lèi)型的裸眼立體顯示器的測(cè)量與評(píng)定。 研制了復(fù)合坐標(biāo)定位系統(tǒng)專(zhuān)門(mén)用于裸眼立體顯示器視覺(jué)特性的參量。復(fù)合坐標(biāo)系可以在所有的觀看區(qū)域進(jìn)行CCD(ChargeCoupledDevice，電荷耦合器件)平面定位和方向定位。

6、這個(gè)定位系統(tǒng)符合裸眼立體顯示器視覺(jué)特性的測(cè)量要求，進(jìn)一步設(shè)計(jì)后可以達(dá)到更小的步進(jìn)值，以便于自動(dòng)化測(cè)量，提高立體度測(cè)試和視覺(jué)特性測(cè)試的效率。 完成了裸眼立體顯示器視覺(jué)特性的測(cè)量試驗(yàn)，使用復(fù)合坐標(biāo)定位系統(tǒng)和立體度測(cè)試的方法和理論，對(duì)立體顯示器的視覺(jué)特性進(jìn)行測(cè)量。這個(gè)試驗(yàn)也從客觀上驗(yàn)證了研究和設(shè)計(jì)的正確性，通過(guò)測(cè)量獲得的獨(dú)立視區(qū)位置是使用時(shí)重要的參考。 根據(jù)虛擬屏幕的概念和獨(dú)立視區(qū)的位置分布規(guī)律，研究表明基于線照明原理的裸眼立

7、體顯示器也可以實(shí)現(xiàn)環(huán)視功能，即不同角度的立體對(duì)場(chǎng)景同觀看位置相適應(yīng)，眼睛在不同位置時(shí)可以觀看到物體不同角度的圖像。實(shí)現(xiàn)環(huán)視功能的關(guān)鍵技術(shù)是眼睛位置的檢測(cè)，控制軟件根據(jù)檢測(cè)的眼睛位置調(diào)換亞屏幕上的圖像實(shí)現(xiàn)環(huán)視功能。筆者使用CCD傳感器及圖像處理技術(shù)來(lái)檢測(cè)眼睛的視點(diǎn)位置，實(shí)驗(yàn)的結(jié)論表明，使用CCD方法實(shí)現(xiàn)裸眼立體顯示器環(huán)視功能是可行的。 在課題的研究過(guò)程中使用了許多新的技術(shù)，其中一些理論和方法具有較大創(chuàng)新性，具有潛在的理論價(jià)值和應(yīng)用

8、價(jià)值。 把裸眼立體顯示器的光學(xué)機(jī)理概括為分離和會(huì)聚兩個(gè)過(guò)程，使用軟件方法精確仿真了光路分布特點(diǎn)和獨(dú)立視區(qū)位置，獲得光學(xué)設(shè)計(jì)參數(shù)。提出“亞屏幕”分區(qū)和“虛擬屏幕”的概念，這兩個(gè)概念和“獨(dú)立視區(qū)”解釋了裸眼立體顯示器的光學(xué)機(jī)理，具有指導(dǎo)意義。使用膠片光柵設(shè)計(jì)制造了光學(xué)照明板，以低廉的價(jià)格制備了試驗(yàn)元件，組裝了立體顯示器樣機(jī)。 提出和使用“動(dòng)態(tài)裝配法”用于立體顯示液晶屏的高精度裝配工藝，不需要借助于貴重的特種安裝設(shè)備。詳細(xì)分析

9、了動(dòng)態(tài)裝配法的安裝效果。 提出空分法立體顯示器的重要參數(shù)-立體度，并給出準(zhǔn)確定義和測(cè)量計(jì)算方法，完成線光源照明裸眼立體顯示器的立體度測(cè)量與評(píng)定。 研制了基于“復(fù)合坐標(biāo)定位系統(tǒng)”的裸眼立體顯示器視覺(jué)特性測(cè)量?jī)x器，用于裸眼立體顯示器立體度及其獨(dú)立視區(qū)位置的測(cè)試。 提出基于CCD視線跟蹤的線光源照明裸眼立體顯示器環(huán)視功能的實(shí)現(xiàn)方法，使得不需要多個(gè)亞屏幕分區(qū)的裸眼立體顯示器也可以實(shí)現(xiàn)多視點(diǎn)顯示。 裸眼立體顯示器樣