激光三維顯示中散斑抑制及散斑測量.pdf

1、伴隨著激光技術(shù)、液晶技術(shù)等的迅速發(fā)展，顯示技術(shù)的發(fā)展也是日新月異。激光顯示、三維顯示已經(jīng)成為現(xiàn)在顯示中重要的研究方向。然而這些顯示技術(shù)本身依舊存在著諸多問題，諸如激光散斑嚴(yán)重限制成像質(zhì)量、三維顯示裸眼顯示串?dāng)_嚴(yán)重、片源偏少等嚴(yán)重制約著這些技術(shù)在市場上的推廣。本文以激光顯示為主線，建立了激光顯示系統(tǒng)中的散斑模型，研究了光源的統(tǒng)計(jì)特性對(duì)散斑性質(zhì)的影響，分析了直接投影式激光顯示系統(tǒng)中散斑的特點(diǎn)，并針對(duì)這些特點(diǎn)研究了振動(dòng)式和非振動(dòng)式散斑抑制方案

2、。散斑測量是研究散斑抑制、散斑追蹤重要的實(shí)現(xiàn)手段，但并沒有被系統(tǒng)的研究分析過，本文實(shí)驗(yàn)分析了測量儀器參數(shù)對(duì)散斑測量的影響，并對(duì)拍攝到的散斑圖樣進(jìn)行處理，降低噪聲。三維顯示中裸眼顯示是立體顯示的發(fā)展趨勢，多視角立體顯示在降低圖樣串?dāng)_、提升圖像立體感方面有著獨(dú)到的優(yōu)勢，但是片源稀少成為發(fā)展的瓶頸，基于此本文研制了一種雙視角圖樣轉(zhuǎn)換成多視角圖樣算法。為了滿足家庭應(yīng)用立體顯示的需求，我們開發(fā)了一套激光單投影偏振旋轉(zhuǎn)立體顯示系統(tǒng)。
　　

3、本論文的主要研究工作概述如下:
　　 1.詳細(xì)闡述了激光散斑理論，介紹并歸納了激光散斑的統(tǒng)計(jì)特性，分析了光源時(shí)間相干性和空間相干性對(duì)散斑性質(zhì)的影響。通過理論模擬驗(yàn)證了空間相干對(duì)散斑抑制的效果:當(dāng)兩束非相干光源之間的夾角正弦值大于成像系統(tǒng)的數(shù)值孔徑時(shí)，兩光源之間的相干性最低。分析了散斑與投影面的依賴關(guān)系，通過理論和實(shí)驗(yàn)證明，散斑對(duì)比度大小與散射體的厚度成反比，當(dāng)投影屏幕厚度到0.5cm時(shí)，對(duì)比度由0.25下降到0.15。
　

4、　 2.分析了直接投影式激光投影系統(tǒng)中散斑的特性，歸納總結(jié)了目前常見的散斑抑制方案。推導(dǎo)出使用漫射體抑制散斑時(shí)，散斑對(duì)比度的大小與照射在漫射體上的光斑大小的平方根成反比。在此基礎(chǔ)上，針對(duì)于大型投影系統(tǒng)提出利用壓電陶瓷和介電彈性調(diào)節(jié)器振動(dòng)位相片來進(jìn)行散斑抑制，可以將散斑對(duì)比度分別抑制到0.06和0.1，完全滿足觀眾觀看時(shí)對(duì)圖像質(zhì)量的要求;針對(duì)于小型投影系統(tǒng)，提出采用電控聚合物分散液晶和液晶改變空間光偏振態(tài)的方案進(jìn)行散斑抑制，進(jìn)行理論計(jì)算

5、和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，可以將對(duì)比度抑制為原先的60％，能夠作為現(xiàn)有散斑抑制方案的一種有力補(bǔ)充。綜合上述幾種散斑抑制方案，可以將對(duì)比度最終抑制到0.04以下，實(shí)現(xiàn)人眼觀察激光光源圖樣時(shí)觀看不到散斑圖樣。
　　 3.為了解決散斑測量沒有一個(gè)通用標(biāo)準(zhǔn)的問題，對(duì)測量儀器的參數(shù)（如f數(shù)、距離、角度、積分時(shí)間、離焦程度)與對(duì)比度之間的關(guān)系通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行量化。分析人眼的獨(dú)特結(jié)構(gòu)以及會(huì)對(duì)散斑觀察造成的影響，并通過Zemax進(jìn)行模擬驗(yàn)證。然后搭建了一套模擬人

6、眼結(jié)構(gòu)的散斑測量系統(tǒng)以期對(duì)散斑進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化測量。對(duì)拍攝到的散斑圖樣進(jìn)行算法處理:包括利用傅里葉變換去除拍攝過程中由于空間光調(diào)制器產(chǎn)生的周期性結(jié)構(gòu)噪聲，拍攝用彩色CCD引入的插值噪聲的處理。并提出一種新型的散斑對(duì)比度計(jì)算方案:利用彩色CCD所拍攝到的濾色片后真實(shí)的色彩值來計(jì)算散斑對(duì)比度，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。而且提出一個(gè)新的物理量:對(duì)比度噪聲比來表征散斑圖樣中圖像的清晰度。
　　 4.詳細(xì)介紹了裸眼立體顯示和佩戴眼鏡式立體顯示的工作原理，

7、分析了多視角裸眼立體顯示系統(tǒng)相對(duì)于兩視角立體顯示系統(tǒng)在降低串?dāng)_、增強(qiáng)深度感等方面的優(yōu)勢。對(duì)于目前多視角立體顯示片源匱乏的現(xiàn)狀，詳細(xì)研究了SIFT算法的工作機(jī)理，在此基礎(chǔ)上提出了利用SIFT算法和深度計(jì)算算法來插值重建出多視角的視差圖樣，實(shí)現(xiàn)了兩視角立體圖樣轉(zhuǎn)換為多視角立體圖樣的算法。針對(duì)于家庭用立體顯示系統(tǒng)，搭建了一套激光光源的、液晶偏振單投立體顯示系統(tǒng)，對(duì)于系統(tǒng)中的關(guān)鍵器件如液晶偏振器、背投屏幕進(jìn)行分析，并對(duì)存在的問題提出了理論解決方

8、案，以期在下一階段的工作中加以改進(jìn)完善。
　　 本文的創(chuàng)新點(diǎn)主要包括:
　　 1.提出了利用壓電陶瓷、介電彈性調(diào)節(jié)器、電控聚合物分散液晶和控制液晶相位變化等進(jìn)行散斑抑制的方案并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)得出了散斑抑制的效果、所采用液晶性質(zhì)的要求、設(shè)計(jì)的改進(jìn)之處等，為下一步的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)提供了依據(jù)。
　　 2.模擬了人眼系統(tǒng)對(duì)散斑觀察的影響，實(shí)驗(yàn)研究了測量儀器參數(shù)對(duì)散斑對(duì)比度的影響，搭建了一套模擬人眼的散斑測量系統(tǒng)用于測量。對(duì)

9、拍攝到的散斑圖樣進(jìn)行去噪聲處理，去除了存在的空間噪聲和顏色噪聲，對(duì)彩色散斑測量中濾色片對(duì)散斑的影響進(jìn)行分析，并提出了一種新型彩色散斑對(duì)比度計(jì)算方法。
　　 3.提出了雙視角立體圖樣轉(zhuǎn)化為多視角立體圖樣的算法，部分解決目前多視角立體圖樣匱乏的問題;搭建了一套激光光源的、液晶偏振單投立體顯示系統(tǒng)。分析了激光直接投影式顯示系統(tǒng)散斑的形成機(jī)理，對(duì)于光源的位置、光斑照射在漫射體上的大小以及投影屏幕的性質(zhì)對(duì)散斑的影響進(jìn)行了理論推導(dǎo)并進(jìn)行了實(shí)