水平光场三维显示性能研究

【摘要】：随着各类显示器件的出现以及立体影院的大规模建立,如何实现高质量的裸眼三维显示成为了重要的研究热点。除了传统的全息显示之外,众多研究者将目光更多地投向了光场显示方向,伴随着现代投影技术以及计算机高速渲染与数据处理的发展,各研究组相继提出了不同类型的光场显示系统。水平光场三维显示可以在保证较好立体显示效果的同时,显著压缩需处理的海量光线信息,因此是一种重要的三维显示方法。由于缺少竖直方向的光场变化,水平光场的清晰度表现力与单目聚焦能力都与理想光场形式不同。本文基于扫描型光场显示技术,从光场的定义出发,通过对完整七维全光函数的简化,得到便于计算机处理计算的自由空间光场表述。详细介绍了基于高速投影机和旋转定向散射屏的扫描光场显示系统的组成,以及系统硬件和软件平台的搭建过程。基于高速投影机和旋转定向散射屏的扫描光场显示方法建立水平光场显示方法的光场模型,包括屏幕光学特性分析、扫描光场映射关系推导。为显示系统的实际搭建以及性能分析与提升提供理论基础。分析了水平光场的点扩散函数,基于光场点扩散函数搭建了仿真模型。基于该仿真程序对系统性能进行仿真分析,如:显示空间、视点区域、分辨能力等,并在实际系统上进行实验验证。基于人眼和相机的自动聚焦原理,对不同显示参数下所重构的水平光场进行聚焦仿真,得出光线横向散射角以及每圈更新图像数对水平光场单目聚焦能力的影响;通过扫描型水平光场显示样机对所得结论进行验证。结果表明,水平光场的最大可聚焦高度随光线横向散射角的增加而减小,随每圈更新图像数的增加而增加。本分析方法及结论可以为单目聚焦水平光场显示系统提供设计依据。最后展望了光场三维显示的发展前景,对未来三维显示技术的进一步研究工作提供了方向。