最佳观看距离可调的立体显示系统设计

第页论文题目：最佳观看距离可调的立体显示系统设计摘要随着科技的不断发展，显示设备的不断更新换代，只有符合大众所需求的产品才会被人们所欢迎和喜爱。3D显示技术是可以实现立体场景真实再现的一种显示技术，其可以为人眼分别提供不同的视差图像，从而使人产生立体视觉。后置光栅立体显示是立体显示技术的一种重要种类，后置光源可将其前方分属于不同视差图像的像素分别投射于不同的空间方向，从而形成视点。当人眼分别处于不同视点时，左右眼可以分别看到不同的视差图像，从而产生立体视觉。然而由于传统后置光栅立体显示装置其几何结构固定，因此其最佳观看距离无法调节。因此，为了可以达到最佳观看距离可调的效果，利用了狭缝光栅和聚合物分散液晶板可以在透明态和分散态切换的特性，设计出一种显示器并且顺利地制做出了最佳观看距离可调的立体显示器原型并且验证了实验理论。关键词：光栅3D显示；视差图像；狭缝光栅；聚合物分散液晶

AbstractWiththecontinuousDevelopmentoftechnologyanDthecontinuousupDatingofDisplayDevices,onlyproDuctsthatmeettheneeDsofthepublicwillbewelcomeDanDloveDbypeople.Theparallax

barrier

anD

lenticular

lens

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3D

DisplaytechnologyisaDisplaytechnologythatcanrealizetherealreproDuctionofthestereoscopicscene,whichcanproviDeDifferentparallaximagesforthehumaneyes,sothatthehumancanproDucestereoscopicvision.ReargratingstereoscopicDisplayisanimportanttypeofstereoscopicDisplaytechnology.TherearlightsourcecanprojectpixelsinfrontofitthatbelongtoDifferentparallaximagesinDifferentspatialDirections,therebyformingaviewpoint.WhenthehumaneyesareatDifferentviewpoints,theleftanDrighteyescanseeDifferentparallaximagesrespectively,therebygeneratingstereovision.However,sincethegeometricstructureoftheconventionalreargratingstereoscopicDisplayDeviceisfixeD,theoptimalviewingDistancecannotbeaDjusteD.Therefore,inorDertoachievetheeffectofaDjustingtheoptimalviewingDistance,aslitgratinganDapolymer-DisperseDliquiDcrystalpanelcanbeswitcheDbetweenatransparentstateanDaDisperseDstatetoDesignaDisplay.AnDtheprototypeofthestereoscopicDisplaywithaDjustableoptimalviewingDistancewassuccessfullyproDuceDanDtheexperimentaltheorywasverifieD.KeyworDs:parallax

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Display;parallaximage;slitgrating;polymerDisperseDliquiDcrystal目录TOC\o"1-2"\h\u31781引言 114677第1章绪论 289911.1立体显示技术分类 216361.2研究目的和意义 3114161.3立体显示的发展历程与研究现状 429727第2章光栅3D显示器的基本原理 6124372.1光栅式裸眼立体技术概述 6158102.2狭缝光栅3D显示器的结构与工作原理 770402.3狭缝光栅3D显示器基本模型的参数计算 7193662.4本章小结 94990第3章最佳观看距离可调的立体显示系统的结构和原理 10219643.1最佳观看距离可调的立体显示系统的光学结构设计 10265293.2狭缝光栅 11188203.3聚合物分散液晶 11140993.4视差图像合成 1229727第4章实验数据与分析 1519674.1立体显示器结构参数 14145284.2样机图片显示 15145284.3实验结论分析 1729727第5章总结与展望 1819675.1论文总结 18145285.2未来展望 1813898参考文献 1913898致谢 21引言在我们整个人类的的工作和日常生活中,人们常常会意识到需要通过各种的视觉感受方式的活动来直接帮助我们获得外部的各种视觉感受信息,包括我们的听觉、触觉、视觉、喚觉等等。其中,视觉感受的信息更加直观、形象、易懂,并且所需要直接获得到的视觉感受信息量更大,是一种能够帮助于人们直接获得的视觉感受信息的最主要视觉表达方式,甚至那些已经超过的各种视觉感受信息。电子全球显示芯片市场需求和发展潜力使得全球的电子显示芯片制造技术在近年来已经是发展的极为迅速。不论是从小的平板电脑笔记本家用电脑、手机、计算机的显示屏幕,还是逐渐发展到大中小尺寸的广播电视家庭影院的显示屏幕,甚至于电视屏幕还是超大的户外广播电视的显示屏。传统的家用电子图像显示屏大多数都是二维的,仅仅是希望能准确的表现和显示物体输出灯光景物等三维的内容,而往往完全忽略了有关显示空间物体的高度方向远近以及空间中心位置等三维知识深度上的相关信息,因而是不完整的。因此人们往往会因为无法从中直接的获得有关于空间的中心高度位置、物体高度方向远近等三维知识和深度的大量资料和信息。为了使我们能够更好的使各种可以显示家用电子图像屏的设备能够具有好的视觉真实感、立体感,国内外的许多电子显示屏研究和技术的机构都在积极的通过研究和探索各种的电子显示方式和应用技术研发不同的电子显示图像和设备。三维立体图的显示不仅能够更加清晰包含三维平面上的立体显示信息而且更加清晰包含丰富的立体显示信息深度三维显示信息的在发展关注于人们的广泛了解和关注中中国经济得到了迅速的国民经济和社会发展。立体视觉显示信息技术就是一种信息技术能够直接的提供给原本属于我们的人类,符合立体显示信息的视觉显示原理的或者能够具有一定的深度立体视觉显示信息处理画面的立体显示信息的技术。经过三十几年的对立体电视显示相关技术的探索和深入应用研究,人们在对立体电视投影显示的一些重要关键技术应用领域已经初步的取得了很大的关键技术突破和进步。这种立体化的显示电视投影技术不仅可以直接使得现场观众仿佛置身其中,给参观者们带来身临其境的感受。我国的立体电视显示器新一代技术由于具有很高的社会经济科研应用价值,因此不断的从信息技术工业社会经济科研向信息技术产业化应用等领域的发展,已经逐渐发展成为整个信息技术产业和领域的社会经济科研相关技术课题研究的一大领域和热点之一。随着电视智能液晶电视高新技术不断更新,众多国内和国内大型企业都研发和研制推出了立体声多色彩视频显示的多屏一体化电视智能终端液晶电视系列产品。目前,大多数的立体电视显示投影技术都已经需要用户佩戴专门的显示装置,例如佩戴立体眼镜、立体头盗等。这在立体观测中会给很多人们生活带来很大的不便,影响人们观看的视觉舒适度,同时这也妨碍了电子立体技术在很多应用场合的广泛应用。因此,裸眼电视立体技术已经成为了近年来立体电视显示成像技术的一大重要研究发展热点。国内目前针对立体技术显示成像技术的基础研究仍然起步较晚,特别多的是关于裸眼镜和立体技术的基础研究刚刚开始起步,离国际产业化进程还有一定的发展距离。实现我国裸眼立体电视显示成像技术精准产业化,成为目前亟待解决的重大问题。第1章绪论1.1立体显示技术分类根据目前市场上现有的电视技术理论研究,人们已经初步开发设计生产出了较多种三维的立体电视图像显示屏的类型和技术。主要的三维立体电视图像的显示这种电视技术的类型主要包括立体灯光显示具有隐形眼镜立体电视图像显示、全息激光栅立体电视图像显示、体激光栅立体电视图像显示、光栅立体电视图像显示、头盔式激光栅立体电视图像显示等,且主要的立体电视显示这种类型的技术还同时可以再细分为其他多种类型的显示方式。首先出现的是头盔式激光栅立体图像的显示、体立体图像的显示和眼镜式激光全息立体图像的显示都不是这种技术属于非助视式的一种立体技术;眼镜式立体图像显示一种的技术和头盔式立体图像显示两种的技术都可以说就是一种属于正常助视式立体图像显示一种的技术,也是简单的说就是根据确定的观看者本身是否已经具有助视能力需要使用佩戴立体图像显示器的电视设备将其立体图像显示器的技术根据类别再细分为非正常助视立体全息图像显示一种的技术和正常非非助视激光全息立体图像显示两种类型的技术。其次再根据单眼双目焦距视差显示原理分析可将立体分屏显示分为基于单眼双目焦距视差的立体分屏显示与非基于单眼双目焦距视差的立体分屏显示;最终再再总结其立体分类原理可得单眼头盔立体分屏显示、光栅立体分屏显示和运动眼镜式立体分屏显示分别属于基于眼双目焦距视差显示原理的立体分屏显示,全息立体分屏显示和体立体分屏显示分别属于非基于单眼双目焦距视差显示原理的立体分屏显示。虽然现在结合助视立体投影显示电视技术产业发展较非结合助视立体投影显示电视技术成熟,但非结合助视立体投影显示电视技术发展可以明显拉高社会的传统文化信息传播接受能力和直接带动整个社会的部分实体经济,未来的发展前景自然不可有所限量,是未来立体投影显示电视技术的产业发展重要方向。1.1.1眼镜式立体显示目前国内眼镜式立体色彩显示影像处理的技术较为成熟的隐形眼镜式技术产品主要为3D等种类的隐形眼镜,分为微小的色差式、偏光式、时分式三种立体色彩显示影像处理的技术。微小的色差式又有的可简称为色差式或互补色,色差式的3D激光隐形眼镜机的成像系统主要是基于一种透光的立体光学反射原理,用于将投射在两台不同的角度和视角的被动式激光眼镜拍摄相机形成的两组激光影像分别以两种不同的透光角度和颜色相互的映射在同一副眼镜的影像显示画面中。常见的隐形眼镜品种主要有有色红绿、红蓝、红青等有色3D激光隐形眼镜。色差式3D激光隐形眼镜机的设计和成像系统工作原理简单,早期被工业应用较多,成本低廉、便宜,但技术上存在缺陷。1.1.2柱镜光栅立体显示器裸眼立体电视显示器不必再需要用户佩戴任何辅助显示设备就这样可以直接观看并达到立体显示效果,给立体观看者的生活和工作带来了极大的方便。而且这种属于裸眼式的立体电视显示器由于其结构简单、价格低廉、性能良好,因此非常的受到了广大观众的欢迎以及用户喜爱和青睐。根据所用的透镜和光栅的不同,,裸眼立体图像显示器大致可以划分为柱式狭缝透镜光栅立体图像显示器和柱体式透镜狭缝光栅立体图像显示器。狭缝光栅投影利用玻璃挡板透光条对其他光线的有效遮挡和透光条对其他光线的遮挡透光耦合原理将左右两个视点所构图的投影图像各别分到左右两个眼点图对应的不同位置,产生立体投影效果。这种矩形光栅由于对红外光线的严重遮挡从而使其在图像中的亮度大大降低。柱这种透镜玻璃光栅如图所示由众多形状完全相同的柱面与透镜光栅平行方向排列而来组成,一面面就是一个具有运动周期的矩形圆柱面,另一面面则是垂直平面,柱这种透镜玻璃光栅由透光玻璃材料直接制作,不需要存在对外部光线的任何遮挡,因此不会大大降低整体图像的视觉亮度。1.2研究目的和意义最近几年随着立体影像显示电影技术的飞速发展,电视台、网络、电影院等逐步逐渐走进到了人类的日常生活,然而如今人们们在观看立体显示电影时却常常需要随身带上特殊的配套反光设备,如偏振反光眼镜,快门反光眼镜,头盗等。这极大的程度影响了未来人们对立体投影场景的真实视觉体验。裸眼电视技术使您无需额外佩戴特殊隐形眼镜使您即可轻松让电视观众同时获得前所未有的"高真实度"全新视觉享受体验,是一种新型的电视图像信息显示创新技术。基于裸眼双目立体视觉显示原理的新型裸眼立体电视显示屏元器件在移动教育、展未、娱乐、影音及其他移动智能终端等各个领域中都具有重要的广泛应用,市场产品需求量大。然而由于类似传统式的后置矩形光栅立体投影显示装置其内部几何立体结构固定,因此其最佳化的观看影像距离无法进行调节。因此,设计一种最佳化的观看距离就是可以微调的立体图像显示可视系统,该显示系统尽可能按照实际应用需要随时改变最佳化的观看可视距离。1.3立体显示的发展历程与研究现状早在五千多年前的古埃及,人们就已经在历史上开始逐渐有了对三维图形成像和处理技术的深刻认识追求。当时对于这个时代古埃及人物形象的很多描述和画法都完全是基于人体造型,整个古埃及时代的人物形象几乎从头到脚都只有两次90°的角度左右转向。虽然真人或其他人的身体无论站或躺和真人的坐都无法长久地保持这种奇特的人体造型姿势,但这种奇特的古埃及人体姿势和造型却可使一个古埃及人物的整体形象具有一种的立体感和一种视觉上的厚重感。19世纪末,电影图像发明后,科学家开始尝试用各种电影图像来准确表现人物运动的立体感和视觉上的图像。首先我们采用两部立体摄影机利用模拟器对人类人的双眼运动进行立体拍摄,然后将已录制好的立体影片用两部放映机通过偏振激光光学滤光镜直接投射出来到国家电影院的荧幕上,观众通过同时配戴偏振光学的眼镜可以观察人类运动的立体投影图像。这种立体化的电影制作技术一直持续沿用至今。与此同时,也逐渐诞生了各种立体眼镜。到了20世纪初传统的主要显示技术用于立体电视机中观察静止图像或观察立体电影运动图像的各种立体电视图像显示的技术方法几乎全部被广泛应用在了到现代的立体电视图像显示的技术中。在早期主要是使用黑白立体电视机的显示技术时代,用两个独立的眼镜通过数字视频图像传输信道在屏幕上进行直接传输立体电视影像到两部立体的电视机,每部立体电视机的每个眼镜在屏幕上都根据需要分别安置一块偏光板,然后用偏光板把独立的眼镜直接照下去就可以进行直接观察,这样的一部立体的电视机在显示系统中就是可以直接通过眼镜获得较好的偏光立体电视显示图像。这种双向多信道偏光电视机和超高分像率的偏光立体电视成像显示的技术至今仍然认为是立体电视业界普遍公认的一种成像质量较好的偏光分像率立体电视显示成像技术系统。1985年,松下公司再次首推24小时分式立体液晶电视眼镜以及立体电视专用样机获得成功。现在,具有一个双屏图像显示器的佩戴头盔作为观看图像设备也具有很理想的立体感和观看图像效果。在国内,清华大学已成功研制开发出高精度透光率的新型分式液晶立体光阀光栅眼镜。进入21世纪,3D已发展成为当前最为广受用户欢迎的数字显示处理技术,科技的最大本质就是把好的一种东西直接带给整个人类,并且它使之一切更加容易、更加简单、更加便捷,因此,裸眼3D技术是未来电子显示影像技术快速发展的一个必然趋势。光栅3D显示器的基本原理2.1光栅式裸眼立体技术概述随着现代的电子显示立体技术以及电子立体显示投影技术的快速进步发展,特别多的原因是近几年各种电子立体技术的大片在家庭影院的火爆火热的上映,立体技术电子显示投影的技术已经逐步发展成为了目前最为热门的电子显示投影技术之一。为了彻底的摆脱了佩戴隐形眼镜,获得更加舒适的立体效果作为观看影像的方式,关于进行裸眼立体影像显示的相关研究已经开始迅速得到发展。人体视觉立体感的发展形成过程包括很多影响因素,主要认为包括三个主要方面:双眼的自动对焦拍摄角度自动对焦调节:在直接带动全员人眼眼球用于直接观测近或者较远距离所观看的一个物体时,通过直接带动人员眼球向内向外左右转动而使物与人双眼进行对焦角度自动对焦,通过直接带动没有参加对焦角度自动调节的人员双眼而使肌肉向外向内运动,从而可以使物与人身体产生一种新的立体感。单眼的一个主要运动视差:即当一个物体在地上进行运动时,会容易运动产生一个大的运动视差,因此单眼会容易使一个人眼在清晰度的观察中看到一个运动当中物体的情况同时它也会容易运动形成一种运动立体感。人眼的立体扩散聚拢聚集错觉透视效应:这种错觉人眼在直接达到观看某种类型大面积的时间轴或者等平面图形透视立体图像的效果同时,还会不仅使其对人身体产生一定的立体聚集聚拢错觉,而且同时会使人产生一种新的立体感。在四种相对立体感觉的形成影响因素中,双目镜的视差以及对立面一体感影响形成的立体影像最为巨大。因此,目前大部分立体电视显示屏的技术,都已经是针对这一重要因素而开始进行的相关研究。人眼的相对双目影像视差主要包括高低水平垂直视差和高低垂直角度视差,其中又以水平垂直视差由于对立面物体感的特征形成产生影像最大。在立体图像显示的技术研究中,基于较高水平和低视差的立体图像显示技术应用的最为广泛。光栅式超高裸眼立体电视显示系统技术,是基于较高水平和低视差的立体电视显示系统技术的其中的一种。其工作原理与家庭影院中偏振反光眼镜的工作原理相似,光栅式摄影裸眼成像立体技术也就是一种利用光栅的分光反射效果,将不同摄影视点的立体图像分别送入观影人的两只眼睛而使人产生一种立体感。与其他偏振激光眼镜透视立体技术产品相比,光栅式立体裸眼透视立体技术除了让其使当时人们完全摆脱了偏振眼镜的透视束缚外,还使其能同时进行多不同视点的立体透视显示,从而使人可以方便观看和达到更多不同角度的立体透视图像。2.2狭缝光栅3D显示器的结构与工作原理狭缝矩形光栅3D字型显示器的整体结构与工作原理设计如框框图2.1所示。它主要是由一个2D形的显示屏和一个大型狭缝矩形光栅来组成。2D的显示屏主要用于为您提供一个视差大的图像。。每一列的每个像素或子列的像素分别可以用于同时显示不同的或高视差精度图像。狭缝中的光栅此时被自动放置于2D级的显示屏前,起到自动分光的重要作用。它通常由黑白两色胶片进行打印而后制成,也有的可以由采用光刻打印在玻璃薄膜上的衬底上刻蚀后制成。在左眼和它的右眼像素分别都处于不同的显示位置,通过两个光栅上的狭缝就已经可以分别清楚看见2D数字显示屏上不同的排列的每个像素,从而观察者看到不同的像素视差显示图像,这种就被我们称之为一个前置式狭缝光栅3D显示.图2.1狭缝光栅3D显示器的结构与原理2.3狭缝光栅3D显示器的参数计算前置式狭缝矩形光栅3D阵列显示器的整体光路图结构如如下图2.4所示。为了向不同的光栅视点用户提供不同的光栅视差几何图像,光栅的各项向量参数,视点的内部空间以及位置都可能需要同时满足一定的视差几何向量关系。此间的关系以一4视点的微型前置式矩形光栅3D罩在显示器上作为一个例子来进行详细阐述。图中两个狭缝矩形光栅光条放置于2D光栅显示屏前最佳距离为w的D处;狭缝光栅光条开口处的宽度为w和wt;挡光条开口宽度为w和wb;2D光栅显示屏上两个像素的开口宽度为w和wp;最佳距离观看人的距离为m/l;两个视点瞳孔间距设置为q,q通常可以设置为观察人的两个瞳孔视点间距。wt与w或wb之和通常被我们称为光栅可调节距。WWpWtWbDLQ2D显示屏狭缝光栅图2.2前置式狭缝光栅3D显示器的光路图视点4视点3视点2视点1按照图2.2中对应的几何关系，各个参数之间应满足如下条件[6]：（2.1）（2.2）（2.3）由式（2.1）~（2.3）可得：（2.4）（2.5）（2.6）2.4本章小结本章一开始介绍了光栅式裸眼立体技术，简述了人眼立体感的形成包括很多因素,这些都是立体显示技术的基础概念，然后分析了狭缝光栅3D显示器的结构与工作原理，了解了3D立体显示的原理过程。最后一部分着重讲述了狭缝光栅3D显示器基本模型的要求和参数计算，对于后续研究最佳观看距离可调的立体显示器具有很好的指导意义。最佳观看距离可调的立体显示系统3.1最佳观看距离可调的立体显示系统的光学结构设计图3-1为运用了聚合物分散液晶板的最佳观看距离可调的立体显示的结构示意图。按照设计的要求，最佳观看距离可调的立体显示器由一个光源阵列、两块聚合物分散液晶板及液晶显示面板组成,光源阵列、第一块PDLC板、第二块PDLC液晶板、及液晶显示面板前后依次排列所构成。图3-1最佳观看距离可调的立体显示结构图其中光源阵列是由一束点光源穿过狭缝光栅，形成周期性结构光源阵列，光源阵列投射出的光栅之在y平面和z平面内向前传播，光源阵列投射出的光束将一直打到第二块PDLC板的位置，即可形成在水平方向排列传播的垂直光线条纹，并且继续向液晶显示面板方向散射。液晶显示面板放置在PDLC板之上，液晶显示面板用于提供视差合成图像，分属于不同视差图像的像素在液晶显示面板上按列依次排列。由于材料有限，所有液晶显示面板用3M胶片打印的图片替代。液晶显示面板可以将分属于不同视差图像的像素在液晶显示面板上按列依次排列。液晶显示面板上按列周期性依次排列了分属于4幅不同视差图像的像素列，后置光栅可将这些像素在水平方向上投射至不同的空间位置，从而形成4个视点。当人眼分处于不同视点位置观看时可以看到与之相对应的视差图像，就从而产生立体视觉。当第一块PCLD处于散射态时，第二块PDLC板处于透明态时，处于散射态的PDLC板到的液晶显示面板的距离不同，所显示的3D立体显示效果也不一样，因此可以根据观看者位置选择并使所对应位置的PDLC板处于散射状态。在同一时刻，两块PDLC板只有唯一一块PCLD板处于散射态。与此同时，光源阵列中所发射出的光束投射至处于散射态的聚合物分散液晶板处，即可形成水平方向向排列的垂向条纹，并向液晶显示面板方向散射，从而达成要用于实现后置狭缝光栅结构中的后置光栅。3.2狭缝光栅基于裸眼狭缝立体光栅的是裸眼3D立体显示设备,它由2D显示的液晶裸眼立体显示器与狭缝光栅两个大部分光学器件组成。狭缝光栅通过在2D立体显示器上同时加载多个视点的图像编码信息,可以更好地让不同的视差图像在显示空间中不同的位置处进行成像,从而更好地实现了裸眼3D的立体显示视觉效果。3D立体显示设备中的狭缝光栅器件可以简单地看作是由透光条与黑色遮光条交替折叠排列共同组成的。为了更好地实现高效的分光耦合作用,遮光条通常为白或黑色,因此基于狭缝的光栅也通常被简单地称为黑白光栅。狭缝的光栅也可以看作是通过在玻璃上进行间隔印刷的立体显示方式进行实现,所以实际上相对于其他液晶裸眼立体显示的大部分光学器件,狭缝光栅的基本设计工作原理简单且制作的成本低廉。通过自动化设计狭缝反射光栅透光条与遮光条的连接宽度、控制2D裸眼液晶数字电视显示器与狭缝反射光栅之间的距离,可以轻松实现对于裸眼3D液晶显示设备正确观看图像距离与视点的间距等重要参数的自动控制,从而充分满足了观看者正确地观看立体视差图像的实际需求。3.3聚合物分散液晶最佳观看距离可调的立体显示装置中最重要的就是利用了聚合物分散液晶板其特有的性质。聚合物分散液晶，英文名又称为PDLC(polymerDisperseDliquiDcrystal)，是液晶以微米量级的小微滴分散在有机固态聚合物基体中，但是由于通过液晶分子所构成的小微滴的光轴是处于自由方向，其折射率与基体的折射率不匹配，当光通过基体时被微滴强烈散射而呈不透明的乳白状态或半透明状态。这时如果在外部施加电场即可调节液晶微滴的光轴取向，当两者折射率相匹配时，呈现透明态。除去电场，液晶微滴又恢复最初的散光状态，从而进行显示。图3-3聚合物分散液晶板内部截面图3.4视差图像合成实现立体视差显示的第一个过程就是计算机模拟一个人眼左右双眼视差的立体显示过程,而要人眼观看到立体视差显示图像,就是需要计算机提供直接上传给每个观看者左右眼的立体视差显示图像,使用立体视差图像拍摄的技术就是可以直接获得立体的视差显示图像,但是同时运用的计算机也是可以自动合成所需要的的立体视差显示图像。当一个观看者的单只眼睛通过任意一条立体狭缝只能观察立体显示屏上的画面时,观看者的单只眼睛通过每一条狭缝光栅只能通过右眼看到该像素通过狭缝光栅所能看到的相对应立体显示屏上的一列像素。为了更好地使立体显示画面清晰,通过适当方法选取光栅的狭缝参数使每一条立体狭缝只能对应一对左右眼的视差图,从而实现了观看者的左眼只能透过一对狭缝光栅只能通过右眼看到一对左眼的视差图,右眼只能透过一对狭缝的光栅只能通过左眼看到一对右眼的视差图。根据狭缝视差光栅的分光原理,可以将立体视差图像合成后通过软件对列像素依次进行提取,按照一定的顺序和位置重新组合成新的立体合成图像显示在相应的显示屏上。实验中釆用软件对立体视差图像进行像素依次提取和立体合成的处理,像素进行提取的过程时,第一幅立体视差图取第一列,第二幅立体视差图取第一列,第三幅立体视差图取第一列,第四幅视差图取第一列,然后我们继续依次提取每一幅立体视差图像的第二列,直到所有立体视差像素第一列的提取和合成完毕,每一幅视差图像的所有相应列像素按照一定的顺序依次交叉进行排列,从而形成一幅新的立体显示图像。首先将合成以后的立体视差图片首先放入相应的PS软件,对应好制作出相应的视差图像规格再用3M胶片进行打印制作出相应的实物图。图3-4狭缝光栅显示图像合成

第4章实验数据与分析4.1立体显示器结构参数依照上一章中对最佳观看距离可调的立体显示器的参数关系要求，设计了一个的最佳观看距离可调的立体显示器。处于散射态的PDLC板到2D显示面板的距离为D，2D显示面板上属于同一视差图像的像素列节距为p，光源阵列周期性结构单元的水平节距为l，最佳观看距离为D。上述参数满足D=pD/(l-p)。显示器的参数如表4.1所示。图4-1最佳观看距离可调的立体显示器示意图图4-2最佳观看距离可调的立体显示器实物图表4.1最佳观看距离可调的立体显示器的参数最佳观看距离可调的立体显示器参数取值PDLC(A)层与2D显示面板之间的距离5.5mmPDLC(B)层与2D显示面板之间的距离3mmPDLC(A)层所对应的条纹间距2.9mmPDLC(B)层所对应的条纹间距2.9mmPDLC(A)层与狭缝光栅的间距0mm视差合成图像的像素间距0.7mmPDLC(A)层所对应的理论最佳观看距离510mmPDLC(B)层所对应的理论最佳观看距离175mm最佳观看距离可调的立体显示器分辨率400*56如表4.1所示，在这个显示器模型中，因为利用了两张PCLC板，在视差图像的合成过程中可以有效的实现最佳观看距离的调整。4.2样机图片显示依据系统参数所设计的最佳观看距离可调的立体显示器的显示效果如图所示。图4-3600mm处拍摄最佳观看距离为510mm的图像显示图4-4200mm处拍摄最佳观看距离为510mm的图像显示图4-5200mm处拍摄最佳观看距离为170mm的图像显示4.3实验结论分析实验中设置了2组不同参数的光栅，分别对应着不同的最佳观看距离510mm、170mm。然后在观看距离为200mm和500mm处设置相机拍摄图片，可以分别得到显示器的显示画面，在最佳观看距离上拍摄了三组图片，以反映各个视点上人眼所看到的不同的视差图像。第一组照片展示的是在距离屏幕600mm处拍摄最佳观看距离为510mm的图像显示的情况，有明显的立体显示效果。第二组照片展示的是距离屏幕200mm处拍摄最佳观看距离为510mm的图像显示的情况，发生了明显的串扰问题。第三组照片展示的是距离屏幕200mm处拍摄最佳观看距离为170mm的图像显示的情况，有明显的立体显示效果。可以根据效果图看出，最佳观看距离可调的立体显示器可以显示出立体效果。而且在验收过程中，最佳观看距离可调的立体显示器所显示的画面亮度达到正常水平，而且没有看出明显的摩尔条纹。但是此实验是在夜间才能达到较好的效果，原因是由于光源阵列缺少部分重要仪器，所以只能用一束点光源穿过狭缝光栅所形成的光源来替代。还有一部分的问题,那就是视差图像之间虽然存在视差串扰的问题,但是这种串扰是由于目前裸眼立体图像显示技术的工作原理存在缺陷所导致造成的,如果是基于正交偏振方向性背光源的3D立体图像显示器还可以大大幅度减小裸眼视差图像间的视差串扰。不过本实验中视差图像之间的视差串扰已经很低了,从视点观察可以很明显的看见清晰的立体图像。而且PDLC板的电源可以自由控制，观看者在一定范围内前后移动可以观察到在不同视点下的3D显示效果。第5章总结与展望5.1论文总结这次论文主要涉及最佳观看距离可调的立体显示器的光学原理，材料设计，多视点选择，图像合成还有立体显示效果评价，具体包括以下几个方面：在双眼立体视觉原理的基础之上，分析的立体显示的视觉效果，简述的实现裸眼立体显示的主要方法；综合最佳观看距离可调的立体显示器的特点和裸眼立体显示的方法，首先采用的狭缝光栅立体显示的方法来实现裸眼3D显示的效果，在运用PDLC独有的特性可以在散射和透明两种状态间转换，从而达到可以按照实际需求改变最佳观看距离的效果；结合设计的最佳观看距离可调的立体显示器，为了提高立体显示质量，采用了多视点技术和狭缝光栅的设计；针对最佳观看距离可调的立体显示器的要求，提出了合适的立体图像合成的方法，并且以实物图片展示出的效果验证了最佳观看距离可调的立体显示效果。通过这次的毕业设计，让我进一步了解了3D显示技术的方法，理论与实践相结合，大大锻炼了我的动手能力，同时也提高我的思考能力，通过大量在文献、期刊以及网上查询相关内容，让我的自学能力得以提升，并且也让我从中学到了很多不同的知识。由原来在学校听老师讲课的方式接受知识转换为自己主动的寻求知识解决问题，让我的学习方法得以提高转变。通过这次毕业设计，我也学会了如何将从书本中学到的知识自我消化并且运用到实际中去，学会了改如何更好的处理知识和实践相结合的问题，能够更好地让我们掌握所学的知识，更加强了我们自己分析问题和实际动手的能力。5.2未来展望最佳的观看距离可调的立体显示器虽然上有一些的进展,但是技术上还有很多需要改进的空间和地方。随着现代显示技术的发展和进步,它不再仅仅是显示器行业针对用户的一项技术专利。在很多显示器公司都已经推出了游戏性3D的显示器后,人们甚至可以将3D的显示器直接请到家中。凭借着身临其境的立体显示器画面,3D的显示器对于高端的游戏玩家而言也拥有极大的市场吸引力。除了针对于个人用户外,3D的显示器同样非常适合于商用以及科研。我们相信随着3D显示技术进一步成熟,我们今后一定会在我们日常生活的各个领域中更多地看到3D立体显示设备的应用和身影。参考文献[1] 王琼华.3D显示技术与器件[M].科学出版社,2011.[2] 王庆.3D显示技术的现状及未来发展方向探讨[J].旅游纵览(下半月),2012(12):110-110.[3] 李克彬,李世其.3D显示技术的最新研究进展[J].计算机工程,2003(12):3-4+181.[4] 张兴,郑成武,李宁,等.液晶材料与3D显示[J].液晶与显示,2012,27(04):448-455.[5] 王琼华,王爱红,梁栋,等.裸视3D显示技术概述[J].真空电子技术,2011(05):6-11.[6] 王琼华,王爱红.三维立体显示综述[J].计算机应用,2010,30(03):579-581+588.[7] 吕国皎,一种最佳观看距离可调的立体显示装置：中国CN201910914959-[8]王小虎.狭缝光栅裸眼LED立体显示研究[D].南京理工大学,2014.[9]王琼华,王爱红.三维立体显示综述[J].计算机应用,2010,30(03):579-581+588.[10]林锑杭.可控液晶狭缝光栅及其在3D显示中的应用[D].福州大学,2015.[11]柯峥嵘,姚剑敏,郭太良,叶芸,徐胜,游宁.狭缝光栅裸眼立体显示器的参数优化设计[J].电视技术,2014,38(03):76-78+101.[12]刘波,王琼华.狭缝光栅自由立体显示技术在三维GIS中的应用[J].测绘,2009,32(03):137-139.[13]李文华.LED自由立体显示系统的光栅结构设计[D].河北大学,2018.[14]李超,康献斌,时大鑫,李书政.立体显示技术的分类与进展[J].智能建筑电气技术,2017,11(06):47-52.[15].VitswellCo.LtD.;ResearchersSubmitPatentApplication,"Polymer-DisperseDLiquiDCrystalCompositionWithImproveDHeatResistanceCharacteristicsAnDPDlcTypeLightControlBoDyManufactureDTherefrom",forApproval(USPTO20200056095)[J].Chemicals&Chemistry,2020.[16]AbDulmohsinHemaiDa,AritraGhosh,SenthilarasuSunDaram,TapasK.Mallick.EvaluationofthermalperformanceforasmartswitchableaDaptivepolymerDisperseDliquiDcrystal(PDLC)glazing[J].SolarEnergy,2020,195.[17]吴琴,汤立文,孙金礼.PDLC薄膜工作温度影响因素研究[J].中国高新科技,2019(20):24-26.[18]李晶.对聚合物分散液晶膜与溶解氧检测荧光膜的研究[D].浙江大学,2018.[19]范志新,李博颖,周璇,张辉,张志东.聚合物分散液晶膜的弯曲散射偏光效应[J].光电子·激光,2017,28(07):728-731.[20]马鸿钦,王晓露,范杭,王嘉辉,周建英,周延桂.裸眼3D显示串扰率实时检测系统设计[J].激光与光电子学进展,2017,54(06):124-131.[21]马鸿钦,王晓露,范杭,王嘉辉,周建英,周延桂.裸眼3D显示串扰率实时检测系统设计[J].激光与光电子学进展,2017,54(06):124-131.[22]戴路,金光,徐伟,谷松.基于Matlab虚拟现实3D动画显示模块的卫星地面仿真系统[J].液晶与显示,2011,26(05):688-692.[23]李克彬,李世其.3D显示技术的最新研究进展[J].计算机工程,2003(12):3-4+181.[24]欧阳俊林.裸眼3D显示技术研究[J].计算机光盘软件与应用,2012,15(19):86-87.[25]舒瀚,顾明海.裸眼3D技术在商业中的应用专利综述[J].中国新通信,2016,18(17):98.[26].BOETECHNOLOGYGROUPCO.,LTD.;PatentIssueD