基于人眼視覺特性的三維顯示研究.pdf

1、高清、全色、三維是下一代顯示的三大基本要素，這已逐漸成為顯示領(lǐng)域內(nèi)的共識(shí)。其中，三維顯示技術(shù)帶給人們更真實(shí)的空間立體感與臨場(chǎng)感。為了滿足人們對(duì)三維顯示效果日益增長的需求，契合人眼視覺特性的三維顯示技術(shù)已成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。目前，各類三維顯示技術(shù)還存在著諸如觀看視疲勞、視差圖像串?dāng)_、分辨率不足、顏色重現(xiàn)失真等問題，嚴(yán)重制約著新型三維顯示技術(shù)的市場(chǎng)化應(yīng)用與進(jìn)一步發(fā)展。本文研究了三維顯示中的人眼視覺特性，分析了三維顯示與人眼立體視覺機(jī)制的聯(lián)系

2、，并以光場(chǎng)理論分析了三維顯示技術(shù)中深度信息的處理過程。基于產(chǎn)學(xué)研合作，分析自由立體顯示中串?dāng)_、色模糊等問題，提出圖像重編碼的解決方案，并開展自由立體顯示在科普推廣、科研進(jìn)展宣傳中的應(yīng)用。本文提出集成成像顯微技術(shù)方案并搭建了集成成像顯微裝置，基于插值、窗口適應(yīng)與頻域性質(zhì)優(yōu)化了集成成像的立體匹配算法，實(shí)驗(yàn)分析并獲得了光鑷應(yīng)用背景下的視場(chǎng)深度地圖。分析了六基色激光三維顯示的色空間性質(zhì)，研究并提出了基于相機(jī)響應(yīng)譜以及分塊色域拓展的顏色管理方案。

3、
　　本論文的主要研究工作概述如下:
　　1.詳細(xì)闡述了與顯示技術(shù)相關(guān)的人眼基本視覺功能與立體視覺機(jī)制，介紹并歸納了人眼視覺特性尤其是其中立體視覺機(jī)制與三維顯示中各信息分量的關(guān)系，分析了各類三維顯示技術(shù)對(duì)激發(fā)不同人眼立體視覺機(jī)制的側(cè)重。通過引入光場(chǎng)理論，分析了各類三維顯示與深度成像技術(shù)中深度信息的記錄、重建形式，歸納了各類技術(shù)之間的理論關(guān)系，并闡述了集成成像顯示重建機(jī)制在頻域上的性質(zhì)。
　　2.開展了自由立體顯示技術(shù)在

4、科普宣傳中的應(yīng)用，產(chǎn)學(xué)研合作研究其中的實(shí)用技術(shù)與圖像生成方法?；谌搜垡曈X特性分析小尺寸與大尺寸自由立體顯示器的可行方案與適用范圍，研究契合人眼立體視覺機(jī)制與顯示器要求的圖像生成方法，使用自由立體顯示器播放并進(jìn)行科普推廣。從立體視覺機(jī)制的沖突出發(fā)，歸納了各類產(chǎn)生視疲勞的因素，分別闡述了圖像源與顯示器件的視角串?dāng)_引起的視疲勞。實(shí)驗(yàn)分析了大尺寸柱透鏡式自由立體顯示器表面莫爾條紋引起的邊緣模糊，分析了顯示器因自重、發(fā)熱、老化引起形變時(shí)，屏幕不

5、同區(qū)域的串?dāng)_程度;給出了解決形變引起的串?dāng)_以及視疲勞的技術(shù)方案，即利用一次標(biāo)定實(shí)驗(yàn)來得到屏幕各區(qū)域的串?dāng)_率，以此為加權(quán)，進(jìn)行圖像重編碼。
　　3.研究了集成成像應(yīng)用于光鑷的深度信息提取的原理、技術(shù)與可行方案。詳細(xì)闡述了光場(chǎng)顯微技術(shù)的技術(shù)原理與深度重建方法，分析了光場(chǎng)顯微技術(shù)、掃描共焦顯微技術(shù)、熒光超分辨顯微技術(shù)等在應(yīng)用于光鑷時(shí)的限制，提出集成成像顯微的技術(shù)方案，并分析其系統(tǒng)參數(shù)與性能的關(guān)系。闡述了可用于集成成像的立體匹配算法原理，

6、并基于單元像插值、窗口適應(yīng)與頻域性質(zhì)進(jìn)行優(yōu)化，提出了算法深度與實(shí)際深度對(duì)應(yīng)的標(biāo)定方法。搭建了基于集成成像的顯微深度成像裝置，實(shí)驗(yàn)中獲得了光鑷應(yīng)用條件下的含有深度信息的單元像陣列，采用經(jīng)優(yōu)化的集成成像立體匹配算法進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)分析，構(gòu)建了光鑷應(yīng)用實(shí)驗(yàn)中的視場(chǎng)深度地圖。
　　4.對(duì)六基色激光三維顯示中的顏色精確重現(xiàn)進(jìn)行了研究。從人眼色覺出發(fā)，闡述了實(shí)現(xiàn)六基色激光三維顯示的技術(shù)方案，分析了其顏色重現(xiàn)方面的限制。提出了針對(duì)六基色激光光源波長

7、的優(yōu)化選擇以及針對(duì)雙相機(jī)系統(tǒng)波長響應(yīng)函數(shù)的優(yōu)化，另一方面針對(duì)六基色激光三維顯示的特點(diǎn)，提出了基于現(xiàn)有圖像片源的分兩組進(jìn)行的色域拓展方法，并分析其拓展后顏色與真實(shí)目標(biāo)顏色之間的色差。
　　本論文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)包括:
　　1.提出了基于人眼視覺特性的三維顯示研究，在產(chǎn)學(xué)研合作的基礎(chǔ)上，解決了因表面形變引起的自由立體顯示器中串?dāng)_與色模糊問題，提出了基于圖像重編碼的視疲勞抑制方案，并將自由立體顯示應(yīng)用于科普知識(shí)、科研進(jìn)展等的宣傳中。<

8、br>　　2.針對(duì)光鑷中深度信息提取的應(yīng)用，提出了集成成像顯微的技術(shù)方案，優(yōu)化了相應(yīng)的立體匹配算法，并利用自主搭建的基于集成成像的顯微深度成像裝置，對(duì)光鑷相關(guān)的微小樣品生成包含深度信息的單元像陣列，優(yōu)化立體匹配算法從中提取出深度，生成視場(chǎng)深度地圖。
　　3.提出了基于人眼色覺特性的六基色激光三維顯示的可行顏色管理方案，優(yōu)化了六基色激光三維顯示中的光源波長與雙相機(jī)系統(tǒng)響應(yīng)函數(shù)，提出了適用于六基色激光三維顯示的基于現(xiàn)有圖像源的色域拓展