讲立体显示技术简介.ppt

第十六讲：立体显示技术简介,立体显示技术,基本概念 双目视差原理 立体显示技术 按图对的显示方式 时间复用 同步方式 按观看的角度 体视显示方式 自体视显示方式 立体显示系统 立体显示技术的发展方向及应用,立体显示的基本概念,立体显示与二维显示的区别 日常生活中，人们接触的显示设备已经有几代的历史了，从古老的黑白电视，到几十米的液晶电视，等离子电视。它们能够展示的画面从黑白到真彩色，从模拟到数字电视信号，人们从这些设备中看到了真实逼真的生活写真，但是目前大部分显示设备，依然只能展示二维平面的效果。虽然随着计算机的发展，3DMART等立体软件的出现，借助显卡可以在计算机上生成有深度的立体效果图，但是这些立体效果也只是利用近大远小，明大暗小等视觉感受来实现。换句话说就是利用人们长期积累的日常经验形成了关于“立体”的幻觉。但是那些物体依然被限制在电视机、手机银幕以及电脑显示器的框架之内，没有冲出显示设备，形成悬浮在空中的直观立体效果，不是真正的立体显示设备。 立体显示 就是通过一定的显示技术显示创造出在观察者周围的模拟立体影像，它的目标是使立体影像冲出银幕，多角度的观看超级清晰真实的立体图像。,立体视觉基本原理,视差 人类从各种各样的线索中获取三维信息, 其中最重要的两种是双目视差（binocular parallax）和运动视差(motion parallax)。双目视差始于Charles Wheatstone 1838年的研究工作, 指的是双眼看到同一物体的不同映像。运动视差始于Helmholtz1866年的研究工作, 指的是头部运动时看到同一物体的不同映像。1833 年Wheatstone用世界上第一台三维显示装置科学地验证了视差（parallax）和立体感之间的联系。要想创造出良好的立体感视觉，就必须深刻理解视差的作用，即视差创造立体。,立体视觉基本原理,“视差创造立体” 是指人的两只眼睛从不同的角度观看世界, 即左眼看到的物体与右眼看到的同一物体之间有细微的差别, 两者平均相差约6.5cm, 因而描述场景轮廓的方式也不尽相同。大脑根据这两个有细微差别的场景进行综合处理, 产生精确的三维物体, 以及该物体在场景中的定位, 这就是具有深度的立体感，大脑根据左右眼不同角度观察的立方体影像得到真实感立体的立方体。立体成像系统的工作 就是对每个场景至少产生两张图像, 一张代表左眼所看到的, 另一张代表右眼所看到的, 这两张图像称为立体图像对（stereo pair）而立体显示系统必须使左眼只能看到左图像, 右眼只能看到右图像。,立体显示的分类,由于立体显示广泛应用于娱乐、医学、气象及军事训练等领域, 不同的应用环境提出的要求也迥然不同, 所以产生的立体显示方式也千差万别。 按图对的显示方式来分大体有两种：时间复用方式和同步方式; 从观看的角度则分为需使用辅助观看设备的和可直接观看的两种，这两种也被分别称作体视显示系统( Stereoscopic Display) 与自体视显示系统(Auto stereoscopic Display)。,时间复用的显示方式,在时间复用的显示方式中大多要用到观看器(立体镜等)、传感器、由时间驱动的电子转换器等辅助设备. 所谓时间复用是指左右透视图对以某一频率交替显示在同一显示屏上。观看器 (立体镜等) 的左右镜片由具有不同极性的透镜组成，两个镜片由传感器联到一个由时间驱动的电子转换器上。左右透视图对在屏幕上快速切换, 电子转换器以相同频率同步开关左右镜片，以确保左眼只看到左图，右眼只看到右图。这种方式的优点在于使用普通的CRT 显示器即可实现立体显示，但它需借助辅助的观看设备，且存在如何实现左右透视图对的快速转换并消除双眼间干扰的问题。,同步显示方式,同步显示方式，就是同时显示左右透视图对。 实现这种方式的途径有很多种, 例如可以在左右眼前各放一个小显示屏, 使每只眼睛只看到各自的显示屏, 左右眼像即可同时显示。不需使用观看器即可获得立体效果的自体式显示系统也属于同步方式。 自体式显示系统需使用特殊显示屏。Dimension Technologies 公司的DT I2100M自体式显示系统液晶显示器就是这种方式的典型产品。它的显示装置主要由一个液晶显示屏(LCD) 和位于其后几毫米的一个可发出许多很细的垂直光束的照明板组成。LCD 上的每一像素都可在传递光与阻塞光两种状态间转换，只要合理设置垂直光束的间距并使观察者位于屏幕前适当位置，即可使左眼在奇数列中看到图像，从偶数列中只看到黑色背景；同理, 右眼在偶数列看到图像, 在奇数列中看到黑色的背景, 即相应的奇偶数列中的两个像素构成立体透视图中的一个虚拟像素。 DT I2100M 对观察者的位置有一定的限制，这是它的不利之处，但它可实现多个观察者同时观看，只要每个观察者都位于允许的视区即可。,体视显示方式,体视显示方式是借助眼镜等观看立体影像的方法 利用偏振光原理获得立体显示效果。最常用的系统是由两台液晶投影机所构成，它们分别通过垂直偏振片与水平偏振片投影到银幕上，观察者通过偏振光眼镜，将保证左右眼分别看到投影机A,B所投的影像。其中偏振片的功能是，当光射到偏振光滤光片上时，只有特定极化方向的偏振光可以通过。将这种滤光片按照偏振光极化方向相互垂直的原则安装到左右眼镜框上，就构成了偏振光眼镜。因屏幕上左右图像重叠，所以不戴眼镜时所看到的图像是重像。由于液晶显示器本来就是用偏振光原理显示图像，所以对其进行放大和投影的投影机所透射出的光也是偏振光。因此，如果把这两台投影机透射出的光预置为正交偏振光，则左右眼能分别看到不同投影机的图像。另外，偏振光除了水平极化和垂直极化的偏振光外，还可用互为正交的斜极化偏振光和互为旋转的圆极化偏振光。,自体视显示方式,透镜柱面方式（双视点） 透镜柱面由一排垂直排列的半圆形柱面透镜组成，利用每个柱面镜头对光的折射作用，把两幅不同的平面图像导向双眼分别对应的视域，使左眼图像聚焦于观看者左眼，右眼图像聚焦于观看者右眼，由此产生立体视觉（图中左眼接受紫色区域的图像，而右眼接受黄色区域图像）。其特点是产生的图像丰富真实，适合大屏幕显示，运用精密的成形手段，使每个透镜的截面达到微米级，从而支持更高的分辨率。同时，借助先进的数字处理技术，使色度亮度干扰大为减少，有效提高立体图像的质量。这些技术手段使制造出基于多透镜技术的高清晰立体电视机成为可能。,视差照明原理,视差照明法的立体显示器在LCD 的像素层后使用一系列并排的线状光源给像素列提供背光照明，线光源宽度极小并与液晶屏的列像素平行。密集的光源照明使奇、偶列像素的图像传输路径分离，使左右眼看到对应的画面。,视差照明原理图,立体显示系统组成,一般的立体显示系统主要由3 部分组成：图像输入模块、三维视频处理模块以及图像输出显示模块。 图像输入模块主要完成图像采集功能，通过外部的同步触发信号使摄像机同步，并将采集到的模拟信号转换为数字信号。三维视频处理模块主要完成的功能有：调整图像大小、图像扫描以及图像格式转换(YCbCrRGB) 。图像输出显示模块要完成图像的三维显示。,多视图显示系统,为解决双视点自由立体显示方式对观看位置的限制和对观看人数的制约，采用多视点自由立体显示方式。多视点自由立体显示兼顾双目视差和运动视差，利用多个视点的组合，使多个观看者同时从不同位置，欣赏到具有立体感的画面，使同一观看者在一定范围内移动位置时，仍能够欣赏到具有立体感的画面。根据多视点自体视显示方式的构成原理，分为平板立体显示和容积扫描立体显示两大类。,立体显示技术的发展方向,（1）3D 显示器规格研究。 （2）更精确的深度图 （3）区域移动补点研究。 （4）对人的生理影响。,立体显示技术的潜在应用,随着立体显示技术的日新月异，具有更好更清新更具有深度的立体影像将会在人们日常手机，电视，电影市场上成为22世纪最具魅力的风景线。除此之外，在航空航天，电脑电子技术，武器制造，金工，军事训练等领域也将产生深远影像，比如，在军校训练特种学员时，目前最好的训练方式还是传统的实战演练，但是这种训练方式不但会给战士们形成低估战局的错觉，更会源源不断的以资源作为代价，成本日益上升，而如果采用立体显示设备制造虚拟战争氛围，那么不但会在生理上给学员们加以震撼，他们从中也会得到宝贵的战争经验。在武器制