光学式立体三维显示技术-9页精选文档
光学三维测量技术与应用
光学三维测量技术1.引言人类观察到的世界是一个三维世界 , 尽可能准确和完备地获取客观世界的三维信息才能尽可能准确和完备地刻画和再现客观世界。
对三维信息的获取和处理技术体现了人类对客观世界的把握能力,因而从某种程度上来说它是体现人类智慧的一个重要标志。
近年来 , 计算机技术的飞速发展推动了三维数字化技术的逐步成熟 , 三维数字化信息获取与处理技术以各种不同的风貌与特色进入到各个不同领域之中 [1]: 在工业界 , 它已成为设计进程中的一环 , 凡产品设计、模具开发等 , 无一不与三维数字化测量有着紧密的结合 ; 虚拟现实技术需要大量景物的三维彩色模型数据 , 以用于国防、模拟训练、科学试验 ; 大量应用的三坐标测量机和医学上广泛应用的 CT 机和MRI 核磁共振仪器 ,也属于三维数字化技术的典型应用 ;文化艺术数字化保存 (意大利的古代铜像数字化、中国的古代佛像数字化、古文物数字化保存、 3D 动画的模型建构 (电影如侏罗纪公园、太空战士、医学研究中的牙齿、骨头扫描 , 甚至人类学的考古研究等, 都可运用三维扫描仪快速地将模型扫描、建构; 而随着宽频与计算机速度的提升 , Web 3D 的网络虚拟世界将更为普及 ,更带动了三维数字化扫描技术推广到商品的电子商务、产品简报、电玩动画等, 这一切都表明未来的世界是三维的世界。
目前 , 有很多种方法可用来获取目标物体的三维形状数据 , 光学三维测量技术(Optiacl Three-dimensional Measurement Techniques因为其“非接触”与“全场”的特点 , 是目前工程应用中最有发展前途的三维数据采集方法。
光学三维测量技术是二十世纪科学技术飞速发展所催生的丰富多彩的诸多实用技术之一 , 它是以现代光学为基础 , 融光电子学、计算机图像处理、图形学、信号处理等科学技术为一体的现代测量技术。
它把光学图像当作检测和传递信息的手段或载体加以利用 , 其目的是从图像中提取有用的信号 , 完成三维实体模型的重构 [2] 。
光学三维测量 ppt课件
15
光学三维测量
相移测量法存在的问题
相移测量法研究焦点在于不断提高测量的空间分辨率及测量精度、 扩大物体的横向及纵向测量范围。
目前，相移测量法仍存在以下几个问题:
1）阴影和盲区问题
相移测量法的测量受被测物表面散射特性的限制，必须满足 “光线所及（光线能照到)和视线所及(能被观察到)”两个条件， 对于光线不可及或视线不可及的地方，形状测量则无法实现，出 现阴影和盲区问题。
3
光学三维测量
光学三维测量
光学三维测量方法
相移测量法
4
傅里叶轮廓术
相位测量轮廓术
光学三维测量
表面三维形貌测量
三维形面测量方法又称为三维轮廓测量术、三维面形 测量等，其目的都是通过测量复原物体的三维外形。
按照测量物体的尺度大小可分为宏观物体三维形貌测 量、细观形貌测量和微观形貌测量。
按照一次测量取得的数据量可分为点扫描式、线扫描 式及面测量。
14
光学三维测量
相移测量法
相移法的优点是一种在时间轴上的逐点运算，不会造成全面影响， 计算量少。另外，这种方法具有一定抗静态噪声的能力。
缺点是不能消除条纹中高频噪声引起的误差。在传统相移系统中， 精确移动光栅的需要增加了系统的复杂性。而在数字相移系统中， 用软件控制精确的实现相位移动。某些应用场合不允测量多幅图 像，但只要没有以上限制，相移法仍是首选。
2）表面不连续问题
当表面不连续时，条纹相对级次不确定，就会造成解调相位 不准确。
16
光学三维测量
相移测量法存在的问题
3）图像的预处理 4）相位去包裹
仪，其测量范围大、分辨率高、结果稳定可靠、重复性好。 接触式测量的缺点：因其属于点扫描测量方式，所以测量速
3D立体显示技术
3D立体显示技术理想的视觉显示与日常经历中的场景对比，在质量、清晰度和范围方面应该是无法区分的，但是当前的技术还不支持这种高真实度的视觉显示。
随着2009年底卡梅隆导演的《阿凡达》热映，三维立体(3D Stereo)显示技术成为目前火热的技术之一，通过左右眼信号分离，在显示平台上能够实现的立体图像显示。
立体显示是VR虚拟现实的一个实现沉浸交互的方式之一，3D(3 dimensional)立体显示可以把图像的纵深，层次，位置全部展现，观察者更直观的了解图像的现实分布状况，从而更全面了解图像或显示内容的信息。
本文介绍目前各种系统或设备对三维立体实现方式，推广三维立体的认知度。
一、3D立体显示原理3D立体显示的基本原理如图表1所示。
图中表示两眼光轴平行的情况，相当于两眼注视远处。
内瞳距（IPD）是两眼瞳孔之间的距离。
两眼空间位置的不同，是产生立体视觉的原因。
F是距离人眼较近的物体B上的一个固定点。
右面的两眼的视图说明，F点在视图中的位置不同，这种不同就是立体视差。
人眼也可以利用这种视差，判断物体的远近，产生深度感。
这就是人类的立体视觉，由此获得环境的三维信息。
图表 1 立体显示原理人眼的另一种工作方式是注视近处的固定点F。
这时两眼的光轴都通过点F。
两个光轴的交角就是图中的会聚角。
因为两眼的光轴都通过点F，所以F点在两个视图中都在中心点。
这时，与F相比距离人眼更远或更近的其他点，会存在视差。
人眼也可以利用这种视差，判断物体的远近，产生深度感。
目前市场上的3D立体技术的产品主要围绕着裸眼立体和非裸眼立体两种方式，其中涉及的主要产品有：液晶显示设备、等离子显示设备、便携式显示终端设备、投影设备等。
二、立体显示分类3D立体显示技术可主要分为:裸眼立体显示、便携式立体显示、佩带眼镜的立体三种方式，下面分别介绍不同的显示技术。
因头盔式立体呈现方式较老而且使用极少，全息方式因价格等因素远离民用，因此，本文不对此部分内容做介绍与综述。
利用光学技术实现三维成像的方法研究
利用光学技术实现三维成像的方法研究光学技术在现代科学和工程领域中扮演着重要的角色。
其中，利用光学技术实现三维成像是一个备受关注的研究领域。
三维成像技术的发展不仅为我们提供了更加真实、逼真的图像，还在医学、工程、娱乐等领域具有广泛的应用前景。
本文将探讨几种常见的利用光学技术实现三维成像的方法。
首先，我们来介绍一种常见的三维成像方法——立体投影。
立体投影是一种通过光学投影技术来实现三维图像的方法。
它利用两个或多个投影仪将不同角度的图像投影到特殊的屏幕上，通过人眼的双眼视差效应，使观看者产生了立体感。
这种方法广泛应用于电影院和游乐场等场所，给观众带来了身临其境的观影体验。
其次，我们来介绍另一种常见的三维成像方法——全息成像。
全息成像是一种利用光的干涉原理来记录和重现物体的三维信息的方法。
在全息成像中，物体的光波场被记录在一张光敏材料上，然后通过激光光束的照射，将记录的光波场重现出来。
观看者可以从不同角度观察全息图像，得到真实的三维效果。
全息成像技术在医学、航空航天和艺术等领域有着广泛的应用。
除了立体投影和全息成像，还有一种新兴的三维成像方法——体积光场成像。
体积光场成像是一种通过对物体的光场进行采样和重建来实现三维成像的方法。
在体积光场成像中，通过对物体的光场进行多个角度的采样，然后利用计算机算法对采样数据进行处理和重建，得到物体的三维图像。
体积光场成像技术具有高分辨率、高保真度和高逼真度的特点，可以用于虚拟现实、医学诊断和工程设计等领域。
除了这些常见的方法，还有一些其他的利用光学技术实现三维成像的方法。
例如，利用光学扫描技术可以通过对物体进行扫描和重建来实现三维成像。
利用光学干涉技术可以通过物体表面的干涉图案来还原物体的三维形状。
利用光学投影和计算机视觉技术可以实现对物体表面纹理和形状的三维重建。
这些方法在不同的应用领域都有着广泛的应用前景。
总之，利用光学技术实现三维成像是一个多样化且具有广泛应用前景的研究领域。
三维显示技术介绍
三维显示技术介绍目前的三维立体显示技术共可以分为分光立体眼镜 (Glasses-based Stereoscopic)、自动分光立体显示 (Autostereoscopic Displays)、全息术 (Hologram)和体三维显示(V olumetric 3-D Display)4大类。
其中的前两类应该都是大家很熟悉的技术了，它们都采用了视差的方式来给人以3D显示的感觉：分别为左眼和右眼显示稍有差别的图像，从而欺骗大脑，令观察者产生3D的感觉。
由于人为制造视差的方式所构造的3D景象并不自然，它加重了观察者的脑力负担，因此看久了会令人头痛。
而全息术则利用的并不是数字化的手段，而是光波的干涉和衍射，它一般只能生成静态的三维光学场景，并且对观察角度还有要求，所以就目前而言，它对于人机交互应用而言还并不适合。
体三维显示则与前三者不同，它是真正能够实现动态效果的3D技术，它可以让你看到科幻电影中一般“悬浮”在半空中的三维透视图像。
体三维显示技术目前大体可分为扫描体显示 (Swept-V olume Display)和固态体显示 (Solid-V olume Display)两种。
其中，前者的代表作是Felix3D和Perspecta，而后者的代表作则名为DepthCube。
Felix3D拥有一个很直观的结构框架，它是一个基于螺旋面的旋转结构，如下图所示，一个马达带动一个螺旋面高速旋转，然后由R/G/B三束激光会聚成一束色度光线经过光学定位系统打在螺旋面上，产生一个彩色亮点，当旋转速度足够快时，螺旋面看上去变得透明了，而这个亮点则仿佛是悬浮在空中一样，成为了一个体象素(空间象素，V oxel)，多个这样的voxel便能构成一个体直线、体面，直到构成一个3D物体，过程很直观，不是么？Perspecta可能是扫描体3D显示领域最令人瞩目的成就了，它采用的是一种柱面轴心旋转外加空间投影的结构，如下图所示，与Felix3D不同，它的旋转结构更简单，就一个由马达带动的直立投影屏，这个屏的旋转频率可高达730rpm，它由很薄的半透明塑料做成。
三维显示的技术
3、多视点自由立体显示
• 技术发展：基于前述能产生有深度感的立体图像技 术上，建立具有多视点的立体显示效果。该技术产 生除具有前述深度感的图像外，随着观察者水平位 置变化的同时，图像产生随之旋转的效果，与人在 水平运动中眼睛观察真实物体的效果相似。
多视点自由立体显示器
三、三维显示技术应用展望
• 在医学方面： 1、可以获得真实的三维图像，帮助医生准确 地定位； 2、在手术训练系统中，通过该显示器，可以 更直接地与人体图像进行交互，从而提高 培训效果。 • 在游戏开发、家庭娱乐方面： 真实的模拟，让人真切体会游戏娱乐带来 的乐趣场景。
② 另外一些自动立体显示技术是将显示分辨率提 到很高，以制造一些可以看到三维的“区域”。 下图就是采用两台AMLCD显示器上下组合，并将 分光镜装于两者之间。
采用StereoMirror技术的立体显示器
使用这种立体显示器的用户需要戴上偏光 眼镜，以使左眼只能看到下面显示器的图像， 而右眼只能看到上面显示器的图像，放置分 光镜的目的是使用户感觉在观看一个显示器。 双眼会看到连续的、无闪烁的图像，而 不会发生在通常二维显示器中要观察到同样 图像需要在分辨率、色彩、对比度或图像质 量等方面折中取舍的情况。虽然这种方案比 类似的自动立体设备要大很多，但高清晰的 立体图像令人观看舒适。
双目视差技术的本质 • a.首先通过软件和电路功能使某一时刻的一 对视差图像，左眼视图输出到LCD偶数列 像素上，右眼视图输出到LCD奇数列像素 上； • b.然后使用如柱面光栅等手段使观察者的左 眼只能看到偶数列像素上的信息，右眼只 能看到奇数列像素上的信息； • c.通过大脑的综合，形成具有深度感的立体 图像。
• 在军事方面： 通过立体三维显示技术，建立三维电子 沙盘，可以非常方便地变换场景，而且可以 随意对战场环境进行缩放、旋转和评议操作， 可以将战区场景随意拉近和拉远，有利于战 区指挥官洞悉整个战区环境，便于指挥作战。 • 在广告业方面： 可以显示需要演示的产品，既能提供真三维 效果，同时又减少了真实样品的损坏
立体显示技术介绍
3、立体显示分类
透镜成图像对于大的视场要求高分辨率。对两个视场必须实时显示， 而且图像被切片并放在透镜后面的垂直条中。可显示的视场的数目受 到圆柱透镜聚焦能力不完善性的限制。透镜畸变和光的绕射减少了透 镜方向性，于是由背面屏幕聚焦的图像，不是以平行射线出现，而是 以某种角度散布。这种散布限制了彼此区分的子区域数目。透镜面显 示的另一个关键问题是背部屏幕图像必须对准缝口或透镜，否则子区 域图像将不会导向合适的子区域。
2、3D立体显示技术的原理
人眼的另一种工作方式是注视近处的固定点F。这时两眼的光轴的交 角就是图中的会聚角。因为两眼的光轴都通过点F，所以F点在两个 视图中都在中心点。这时，与F相比距离人眼更远或更近的其他点， 会存在视差。人眼也可以利用这种视差，判断物体的远近，产生深度 感。 目前市场上的3D立体技术的产品主要围绕着裸眼立体和非裸眼立体 两种方式，其中涉及的主要产品有：液晶显示设备、等离子显示设备、 便携式显示终端设备、投影设备等。
3、立体显示分类
切片堆积显示技术
切片堆积方法描绘一个照亮的体积，使物体是透明的，而被遮档的物 体不能消隐。对空间数据集和固体建模问题这可能是理想的。但它不 适于有消隐表面的照片和真实图像。增加头部跟踪就允许消隐表面在 绘制步骤对一个观看者近似地去掉。然而，不是所有表面都可以正确 绘制，因为两眼可能由不同位置观看。
3、立体显示分类
视差挡板显示技术
3、立体显示分类
切片堆积显示技术
切片堆积显示也称为多平面显示。它由多层二维 图像（切片）构成三维体积。正如发光二极管 （LED）的旋转线可以产生平面图像感，LED的 旋转平面可以产生体图像。运动镜面必须以高频 运动很大距离，所以也可以用变焦距镜面。一般 用30Hz声音信号振动反射膜片。在镜面振动时， 聚焦长度改变，反射的监示器在截断的金字塔型 观看体积中形成图像。镜面连续改变其放大率， 使随时间扫描的图像连续改变其深度。
现代光学 三维显示技术
二、三维立体感是如何产生的
双眼视物时，主观上可产生被视物体的厚度以 及空间的深度或者距离等感觉，称为立体视觉。 产生原理：人的左右眼看一物体时，看到的物 体是不同的，双眼提供了两幅具有位差的图像，这 两个像经过大脑综合以后就能区分物体的前后、远近， 映入双眼后即形成立体视觉所需的视差，这样经视神 经中枢的融合反射，以及视觉心理反应便产生了三维 立体感觉。
视觉神经示意图
三、利用2D图像产生“伪”3D图像
缺点：只有心理景深，而没有物理景深，只是
利用了我们视觉习惯，并且只有在某个焦点上 才能有立体的效果，容易产生视觉疲劳。
四、各式的三维显示
我们的现实世界是三维世界，目前，最常见的三维显示方 式是采用二维的计算机屏幕来显示旋转的2D图象，从而 表现3D效果的． 可表示为： 3D效果=2D图象+旋转变换 显然，这种表示方式只有心理景深，而没有物理景深， 就好像在看一幅贴在墙上的画一样，不论你从哪个角度看 图象，效果都是一样的，没有真正的立体感．这种显示技 术是基于传统的计算机图形学和图象处理技术的，是基于 像素(pixel)的。 立体镜技术，是另一种三维显示技术，主要用在很多专 用场合，比如一些沉浸式虚拟现实系统．它一般是通过佩 带专用的眼镜和其他辅助设备，运用视差效果来实现三维 效果．虽然解决了视角和位置变化的问题，但仍没有物理 景深，因为其本质上也是基于像素的，而且，不能同时满 足多人同时观察和及时交互。
全息技术，由于目前还有不少问题仍在研究之中，一些理
论还没有得到应用，比如运动物体的显示效果、分辨率的提 高、海量数据的处理等．因为，一个典型300mm×300mm 的全息图包含了10T的数据信息．缺点：目前来说，不能有 效处理动态物体图像且数据信息巨大。 总结之，三维显示技术分为立体镜技术、自动立体镜技 术、立体显示技术、全息技术4种．
3D立体显示技术
4.4 手机3D显示技术
• 三星展示了3D OLED面板。 这类3D屏幕不要求佩戴眼镜。 其原理是通过覆盖在屏幕上 的一层特殊的“透镜”实现 的。它可以把小型显示屏中 显示的图像“分开”成两幅 略微不同的画面，并分别送 入左右眼中，让画面变得立 体有深度。
优点：成像优异，显示屏无改动 缺点：眼镜较贵且较重
4. 裸眼3D立体显示技术
4.1 视差挡板式裸眼3D
• 视差挡板就是在光路加上一些 遮蔽物，把部分方向的光遮住， 只让某些角度的光可以传出去。
• 挡板的位置经过精密计算，可 以左眼像素（绿色）只被左眼 看到，右眼像素（红色）只被 右眼看到任天堂3DS
5. 3D显示问题
• 价格普遍贵 • 3D节目的拍摄、制作、传输方面的制作很难。 • 眼镜3D中快门眼镜+普通显示屏的方式成本高。 • 裸眼3D中普通视差障板成本最低，但无法实现
2D/3D转换，进入不了家庭市场。
5. 3D显示问题
消费者体验方面： • 眼镜式：无法边看电视边做别的事情； • 快门式：眼镜太重，有压迫感；长时间观看有
▪ 优点：宽视域、大景深，成 像质量优异，
▪ 缺点：头部倾斜时无法过滤 掉另一方向的光。
3.3 快门式眼镜3D
• 采用时间分割，利用液晶 控制透光度来做遮蔽
• 在屏幕上以两倍的场频交 互地显示左眼和右眼的影 像，而快门眼镜则会动态 地屏蔽使用者的左眼和右 眼，利用人眼的视觉暂留 机制，两眼影像叠加后产 生双眼视差。
• 优点：亮度没有损失 • 缺点：分辨率下降 • 柱透镜加工精度要求较高
4.2 柱透镜式裸眼3D
三维显示技术
时下立体技术正在被广泛应用，主要原因 是： 1：计算机和图形卡的处理能力已经足够强 大，而且消费者在经济上负担得起； 2：复杂数据、三维内容和数字影像随处都 可以获得； 3：信息爆炸和理解能力的增加依然在继续； 4：新兴的三维显示技术改善了立体呈现的 性能和观看的舒适度。
立体技术
① 有些人认为，完美的三维显示技术不需要 观看者在眼前佩戴任何立体观看工具，而 且也有很多公司已经开发出了不需要眼镜 的立体显示产品，或称为自动立体显示设 备。 这些产品一般通过向一只眼睛发送奇数 场图像，向另一只眼睛发送偶数场图像的 方式将显示分辨率分解成两部分，这也要 求观看者使他们的头保持在最佳观察点的 位置。
3、多视点自由立体显示
• 技术发展：基于前述能产生有深度感的立体图像技 术上，建立具有多视点的立体显示效果。该技术产 生除具有前述深度感的图像外，随着观察者水平位 置变化的同时，图像产生随之旋转的效果，与人在 水平运动中眼睛观察真实物体的效果相似。
Байду номын сангаас
多视点自由立体显示器
三、三维显示技术应用展望
• 在医学方面： 1、可以获得真实的三维图像，帮助医生准确 地定位； 2、在手术训练系统中，通过该显示器，可以 更直接地与人体图像进行交互，从而提高 培训效果。 • 在游戏开发、家庭娱乐方面： 真实的模拟，让人真切体会游戏娱乐带来 的乐趣场景。
立体显示工作原理
立体显示技术介绍一、.什么是立体显示？立体显示或者称为3D显示，是指采用光学等多种技术手段来模拟实现人眼的立体视觉特性，将空间物体以3D信息再现出来，呈现出具有纵深感的立体图像的一种显示方式。
相比于2D显示，3D显示提供给观看者更加强有力的沉浸感和震撼力。
人们之所以能够轻易地判断出物体在空间中的位置及不同物体间的相对位置，是因为人眼具有立体视觉。
人们用以感知空间的主要生理机能有焦点调节、两眼集合、双目视差及单眼移动视差等。
其中，双目视差担负着立体空间知觉的核心任务。
焦点调节是为了把所注视的物体清晰地成像到视网膜上的眼球动作；两眼集合是当人在注视某个物体时左右眼视线往注视点上交汇而产生的眼球动作；双目视差是指由于人的左右眼从不同角度观看物体，从而成像于左右眼视网膜上的图像略有差异；单眼移动视差是指当观看者或被观看物体发生移动时人眼将看到物体的不同侧面。
3D显示就是以人眼的立体视觉特性为基础的。
二、立体显示的实现方法立体显示的实现方法可分为两大类，为助视3D显示和裸眼3D显示。
•助视3D显示是靠眼睛佩戴助视设备来实现，如大家熟悉的偏光眼镜，这方面技术已成熟，但是也存在一定的缺陷，如亮度低，佩戴舒适度差等。
•裸眼3D显示是通过光栅、集体成像、体3D和全息技术来实现3D立体成像，人眼无需佩戴任何设备，应用前景广泛，是目前显示研究的重点课题。
1．什么是光栅3D显示？光栅3D显示器由光栅和2D显示器精密耦合而成。
其中，光栅作为分光元件，对光线传播的路径进行一定方式的控制，使观看者的左右眼观看到不同的视差图像。
可应用于手机、笔记本电脑显示和电视。
如光栅3D显示手机就是采用双摄像头采集图像形成3D效果来实现裸眼立体显示。
光栅3D显示笔记本是采用头部追踪技术，能计算双眼的位置，通过动态光栅输出图像，最大可能的保证用户在移动中也能体验到流畅的3D图像。
同时拥有2D/3D 切换功能，方便用户随时在两个不同视觉效果的画面间穿越。
3D立体显示技术的发展与应用
3D立体显示技术的发展与应用随着科技的不断进步，3D立体显示技术在近年来迅速发展并得到广泛应用。
本文将从技术发展、应用领域以及未来展望三个方面探讨3D立体显示技术的发展与应用。
一、技术发展3D立体显示技术的发展可以追溯到几十年前。
最初的3D技术是基于红蓝眼镜的原理，将两幅不同颜色的图像分别给左右眼观看，通过不同颜色的滤光片将对应的图像过滤出来，使得人眼产生立体的错觉。
然而，这种技术很容易导致观看者眼部疲劳，并且图像效果也不够清晰。
随着技术的进步，全息投影技术成为了新的研究重点。
全息投影技术利用激光光束在光敏材料上记录并再现物体三维信息，从而实现真正的三维效果。
这项技术在军事、医学以及教育等领域得到广泛应用，例如在医学中，全息投影可以帮助医生更好地观察病变组织，从而提高诊断效果。
另外，眼球跟踪技术也是3D立体显示技术的重要发展方向之一。
通过感知观看者眼球的位置和方向，系统可以调整图像的投射方向，使得观看者在不同角度下也能获得立体效果。
这种技术被广泛应用于游戏、虚拟现实等领域，提供了更加沉浸式的体验。
二、应用领域3D立体显示技术的应用领域非常广泛。
首先，电影和电视行业是3D显示技术最为常见的应用领域之一。
如今，许多影院都提供3D影片的放映，观众可以通过戴上特制的眼镜享受更加逼真的观影体验。
同时，许多电视制造商也推出了3D电视，观众可以在家中观看3D内容。
此外，3D立体显示技术还在教育和培训领域发挥重要作用。
通过3D投影仪或者虚拟现实设备，教师可以将生动的三维模型投影到课堂上，帮助学生更好地理解抽象的概念。
在培训中，3D立体显示技术可以模拟现实环境，提供更真实的训练体验，例如在飞行模拟器中，飞行员可以进行虚拟飞行培训。
除此之外，工业设计、建筑和医疗等领域也广泛应用3D立体显示技术。
工业设计师可以使用3D打印技术将设计图像转化为真实的产品模型，提高设计效率。
在建筑领域，通过使用3D建模软件和虚拟现实技术，建筑师可以更好地展示设计方案，并提供客户更直观的参考。
立体显示技术介绍-文档资料
2021/4/21
13
光谱立体:
光谱立体有被动光谱和主动光谱两种，可以根据不同需要灵活运用
2021/4/21
14
光谱立体:
优点：对投影机要求低，眼镜价格便宜，维护简单，不需要使用同 步设备，画面无闪烁，不易疲劳，对幕布要求低，可支持背投。
缺点：3D效果稍差，滤片成本高，左右眼画面颜色不同，色饱和度 低于其他3D方式。
。 人脑中组合成3D立体画面
2021/4/21
7
主动式3D立体：
， 主动3D眼镜与显示设备的同步有2种方法
1.采用DLP link技术同步，无需外置红外发 射器，成本低，但是传输距离近，稳定性 差。 2.采用红外无线发射器，增加了成本，但 是传输距离远，使用同步信号分配器，还 可以支持多个发射器同时工作，稳定性好。
比如体验者感受到的风速、温度、湿度、嗅
觉感触、味觉感触、人体的物理冲击 感等等（很多4D影院的动感座椅：气动、液压，动
感平台会给体验者带来这些“维度”的感受），这 些体验是人在视觉以外的维度体验。 2,另外一类4D/5D...ND的项目，是以多个画面同时 被体验者看到，以此作为多个维度来称呼。我们要 理解，这种多类似的4D、5D、6D、7D等称呼，很 大程度上是业主为了表现科技感、增加对市场的吸 引力。 比如说一个2D的三折幕，有的用户会将其命名为5D， 理由：三折幕的三个面作为“3D”（每个面作为一 个视2觉021维/4/2度1 ） + 原本的平面动画2D = 5D。
规划馆-4D影厅 CAVE-5D
19
4D、5D、6D、7D立体：
4D：设计烟雾、雨、光电、气泡、气味、布景、任务表演效果。使人们在观看电影时 能获得视觉、听觉、触觉、嗅觉等全方位感受。除了立体的视觉画面外，放映现场还 能模拟闪电、烟雾、雪花、气味等自然现象，观众的座椅还能产生下坠、震动、喷风、 喷水、扫腿等动作。这些现场特技效果和立体画面与剧情紧密结合，在视觉和身体体 验上给观众带来全新的娱乐效果，犹如身临其境，紧张刺激。
光学三维测量技术ppt课件
进行曲面重建，并在线精度分析、评价构造效果，重构CAD模型，
生成IGES或STL数据，或者生成数控加工NC代码，据此进行快速成
型或CNC数控加工，从而大大缩短产品或模具的开发制造周期。利 用光学三维测量技术生成的虚拟模型可以实现快速响应设计制造，
3D光学数字化系统与CAD/CAM/CAE以及RP&M集成可以构成基于
9
2 测量原理
2、干涉法：
一束相干光，同过分光系统分成测量光和参考光 ，利用测量光波和参考光波的相干叠加来确定两束光 之间的相位差，从而获得物理表面的深度信息ΔZ(xy).
这种测量方法测量精度高，但测量范围受到光波 波长的限制，只能测量围观表面的形貌和微小位移， 不适于宏观物01
精选PPT课件
21
4 总结
光学三维信息获取技术有多种，每种方法各有其产生
背景和适用范围，各有优缺点。随着现代计算机技术的
光波技术 超声波技术
光波波长短，角度分 辨率和深度分辨率高 ，三维测量运用最多 。 可穿透介质实现无损 检测探伤，但需耦合 介质，限制了用范围 。
精选PPT课件
7
1 概述
光波技术
三角法 干涉法
最常用的光学三维测量技术，以 传统的三角测量为基础，通过待 测点相对于光学基准线偏移产生 的角度变化计算该点的深度信息 。
23-01
精选PPT课件
3
1 概述
物体三维形状测量
接触式测量
物体三维接触式测量的典型 代表是三坐标测量机(CMM， Coordinate Measuring Machine) 。
非接触式测量
非接触式三维测量不需要与待测 物体接触，可以远距离非破坏性 地对待测物体进行测量。
23-01
三维显示的技术(可编辑修改word版)
三维显示技术摘要：平面三维显示技术是近年来最新出现的虚拟现实显示技术,其最大的特点是观察者无需使用任何辅助附加设备,直接用肉眼就可看到屏幕上显示的三维图像。
为推进三维显示技术的发展,进一步研究了视差立体成像原理,本文主要简单介绍了3D眼镜的分类及偏振眼镜立体式电影的原理。
正文：三维显示技术是虚拟现实的关键技术之一,同时也是虚拟现实系统的基本要求。
在信息时代,三维显示技术是一种应用广泛,并且对其它科学技术的研究有着极大促进作用的应用技术。
随着三维显示在各个领域的广泛应用以及它对人们的生产和生活带来的极大便利,三维显示技术已成为当前世界上显示技术领域的一个研究热点。
各国、各科研机构都投入了大量的人力和物力进行了深入探索和研究,使三维显示技术得到了日新月异的发展。
美国、日本等许多发达国家对三维显示技术的研究工作开展较早,取得了许多突破性的进展并有相应的产品或原型机发布;而我国对于三维显示技术的研究和开发还处于初始阶段,对三维显示的研究只是限于在现有原理的基础上开发相应的产品。
由于大多数三维显示设备价格都比较昂贵,所以开发若干结构简单、易于实现的三维显示系统并使其为大众所接受和应用是当前研究开发的最终目的。
三维显示分为全息三维显示和非全息三维显示两种。
全息三维显示由于计算量过大以及当前技术的限制,适用于静态图像的摄取和显示；非全息障栅三维显示由于具有易于实现的特点,为当今广泛采用的三维显示技术。
视差立体成像原理人眼的立体感能将视场(即眼睛所观看到的景物区域)中的物体区别出远近,通常把左右两眼所获得的不同图像分别称作左图像和右图像。
在显示技术中,如果同时在屏幕上显示出左图像和右图像,又利用一定的装置使得左眼只能看到左图像,右眼只能看到右图像,那么, 经大脑融合就能还原成立体图像。
如图1 ,图中A1、A2分别是同一物点A 在屏幕上所显示的左图像点与右图像点; B1、B2分别是同一物点B 在屏幕上所显示的左图像点与右图像点。
最新光学式立体三维显示技术
光学式立体三维显示技术光学式立体三维显示技术人们对客观环境的感知总是通过视觉、听觉、触觉、嗅觉及味觉等自然地获取的，对系统的控制亦应自然地借助自动跟踪系统，即利用性能先进的传感器对人体位置及力度进行有效的探测。
换句话说，人们对客观世界的感知方式有多种，借助视觉所能获取的信息量远远超过了通过听觉、触觉、嗅觉及味觉等其他方式所能获取的信息量，而且视觉可产生客体景物的深度感，即提供客体景物的立体三维信息。
临场感是指观看者似乎感到被显示的画面空间与观看者所在的实际空间是在同一个空间内。
深度感可被视为依存于进深方向的距离、前后关系反映于人眼视网膜而产生的心理暗示(cue)因素。
立体感则是如全息摄像所呈现出的立体三维空间物体的厚度与鼓起等心理暗示因素或表现平面二维图像及绘画所显示出立体三维效果的心理暗示因素。
立体感和深度感有时真的还很难截然分开。
立体三维显示的临场感是使人具有"身临其境"逼真感之根本。
为要逼真地模拟视觉功能，在很大程度上是依赖于立体三维显示技术的图像处理及理解能力，图像处理的质量愈高，图像处理的速度愈快，图像识别的能力愈强，系统的理解能力愈完善，系统的视觉临场感便愈佳。
视觉是提高临场感的重要因素，但并非是唯一的因素。
人们曾预言，听觉可能是立体三维显示技术中最先达到逼真程度的领域，触觉是一个刚起步研究与试验的领域，采用数据手套来提供触觉反馈信息。
这种由微处理器和传感器构成的数据手套，与视觉、听觉相配合，极大地增强了立体三维显示系统的临场逼真感。
而嗅觉与味觉还属于一个尚未实质性开展研究的领域。
故提高立体三维显示系统的临场感，尚需进行大量艰苦的工作。
人们对记录和再现客观世界的立体三维图像显示向往已久，除雕塑外，这方面一直缺乏行之有效的手段。
印刷术及照相术的问世使得视觉信息可借助价廉的大批量复制而广为传播，从而标志着一个崭新的信息时代的到来。
但传统的图画及照片仅能显示出平面二维的图像。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
光学式立体三维显示技术人们对客观环境的感知总是通过视觉、听觉、触觉、嗅觉及味觉等自然地获取的，对系统的控制亦应自然地借助自动跟踪系统，即利用性能先进的传感器对人体位置及力度进行有效的探测。
换句话说，人们对客观世界的感知方式有多种，借助视觉所能获取的信息量远远超过了通过听觉、触觉、嗅觉及味觉等其他方式所能获取的信息量，而且视觉可产生客体景物的深度感，即提供客体景物的立体三维信息。
临场感是指观看者似乎感到被显示的画面空间与观看者所在的实际空间是在同一个空间内。
深度感可被视为依存于进深方向的距离、前后关系反映于人眼视网膜而产生的心理暗示(cue)因素。
立体感则是如全息摄像所呈现出的立体三维空间物体的厚度与鼓起等心理暗示因素或表现平面二维图像及绘画所显示出立体三维效果的心理暗示因素。
立体感和深度感有时真的还很难截然分开。
立体三维显示的临场感是使人具有"身临其境"逼真感之根本。
为要逼真地模拟视觉功能，在很大程度上是依赖于立体三维显示技术的图像处理及理解能力，图像处理的质量愈高，图像处理的速度愈快，图像识别的能力愈强，系统的理解能力愈完善，系统的视觉临场感便愈佳。
视觉是提高临场感的重要因素，但并非是唯一的因素。
人们曾预言，听觉可能是立体三维显示技术中最先达到逼真程度的领域，触觉是一个刚起步研究与试验的领域，采用数据手套来提供触觉反馈信息。
这种由微处理器和传感器构成的数据手套，与视觉、听觉相配合，极大地增强了立体三维显示系统的临场逼真感。
而嗅觉与味觉还属于一个尚未实质性开展研究的领域。
故提高立体三维显示系统的临场感，尚需进行大量艰苦的工作。
人们对记录和再现客观世界的立体三维图像显示向往已久，除雕塑外，这方面一直缺乏行之有效的手段。
印刷术及照相术的问世使得视觉信息可借助价廉的大批量复制而广为传播，从而标志着一个崭新的信息时代的到来。
但传统的图画及照片仅能显示出平面二维的图像。
如何利用平面二维记录介质来产生出三维信息即立体三维图像，是现代科技的一个重要的研究课题。
光学式立体三维显示技术大致可分为非全息显示和全息显示两大类。
图1示出其分类状况，本文将对其逐一加以扼要的介绍。
一、非全息显示1、构成图像深度感的机理人体生理学的研究表明，人眼对客观世界的深度感主要来自如下四种效应：(1)调节效应调节效应是指人眼借助于纤毛体肌肉的拉伸来调节眼球晶状体的焦距。
显然，即使用单眼观看物体时，这种调节效应也是存在的，故它属于一种单眼深度感心理暗示。
但这种心理暗示只有在与双眼心理暗示共同配合下，且物体距人眼较近时才会起作用。
(2)会聚效应会聚效应系指当用双眼观看物体上的一点时，两眼视轴所构成的角度称为会聚角。
显然，当纤毛体肌肉的拉伸使眼球稍微转向内侧，以便对着一点观看时便能给出了一种深度感的心理暗示，这种双眼心理暗示便称为会聚效应。
通常，调节效应与会聚效应相互关联，会聚效应亦仅在物距较近时才较为明显。
(3)双眼视差人的双眼具有一定的空间距离，瞳孔间距约为6.5㎝，当双眼观看同一立体三维物体时，双眼是从略微不同的角度注视的，从而双眼视象会稍有差异，这种差异称为双眼视差。
对于中等视距的物体，人们公认双眼视差信息是深度感最重要的心理暗示。
当人眼观看物体上的一点时，从该点发出的光便聚焦于双眼视网膜的中心斑点。
故可以说，一双眼内的两个中心斑点在视网膜上给出了"对应位置"，从而依据"对应位置"来确定会聚的大小。
而来自注视点以外各点的光线并不总是聚焦在两视网膜的对应位置，这种效应称为双眼视差效应。
现代发展起来的各种由平面二维图象产生出立体三维图象的技术也正是利用这一基本机理。
(4)单眼移动视差当用单眼观看物体时，若眼睛位置不动，调节效应便是对深度感的唯一心理暗示，若允许观看位置移动的话，便可利用双眼视差这种效应从各个方向来观看物体，从而产生出深度感，这个效应便称为单眼移动视差。
显然，单眼移动视差对静态物体就不起作用。
综上所述，人眼观看一个全息再现图象宛如观看一个实际的三维物体一样，上述四种效应全部同时存在，故人眼处于自然观看的状态。
而人眼观看一个立体图象时，仅仅存在双眼视差这一效应。
尽管它是对物体深度感至关重要的一种生理学上的心理暗示，但因不是全部的心理暗示而使人眼处于一种不十分自然的紧张状态。
这种状态在短时间内观看静态的立体图象时并不明显，但当观看立体电视时，由于人眼长时间处于这种不十分自然的观看状态便会感到极不舒适及非常疲劳。
2、眼镜式立体三维图像(1)互补色立体三维图像当人们观看两个由互补色绘制成的体视对图像时，需配戴上一副为互补色镜片的眼镜，如左眼借助红色镜片观看到红色的图片，右眼通过蓝色的镜片观看到蓝色的图片。
由于每只眼睛仅能观看到相应色彩的图片而观看不到另一个的图片，从而实现了双像的分离；双像在人的意识中的叠合则形成了立体感。
该显示方法的显著优点是其简易性，对视场和景深并无严格的限制。
但这种不同色像的观看与复合容易引起人眼的疲劳，而且还无法将其应用于彩色的图像。
(2)偏振式立体三维图像1938年，在纽约举行的世界博览会上，展示出首座大型立体电影院，其机理即为偏振式立体三维图像。
该显示方法的基本思路是用正交偏振的两束光同时将一体视对图像投影至同一屏幕上，同时让观看者配戴上用一对正交偏振片制成的眼镜，即可实现双像的分离。
这种显示方法可制成宽视域和大景深，成像质量优异，画面栩栩如生，且还可将其应用于彩色的图像，故在日后迅速发展的立体电视中得到了广泛的应用。
迄今，它仍是实现大屏幕立体显示最具实用价值和最便于普及推广的一种立体三维显示技术。
(3)柱状透镜屏式立体三维图像柱状透镜屏式立体三维图像可视为微透镜阵列式立体三维图象的一种简化，即将微透镜阵列用一系列竖条形柱状透镜替代。
这样虽影响了垂直视差，但制造工艺得到简化。
该显示方法的基本机理如图6所示。
图6中(a)表示拍摄过程，这里用两部相机拍摄物体不同角度的视像；图6(b)中，分别用两部放映机从不同角度将相应的图像投射至装有柱状透镜屏的感光屏上；图6(c)表示观看过程。
显影后的图片置于原位。
由于柱状透镜的折射作用，使得左、右眼分别仅能观看到A，B放映机的相应图像，从而产生出立体感。
20世纪60年代后，随着精密加工、塑料材料、照相及印刷工艺等技术的发展，使得柱状透镜屏式立体三维图像技术达到实用化程度。
此种立体三维图像对屏面大小并无限制，画面明亮，观看简便，但对屏面与柱状透镜的配准位置要求较高，图像的清晰度亦受到柱状透镜屏密度的限制。
除偏振式立体三维图像外，柱状透镜屏式立体三维图像是目前非全息光学式立体三维显示中一种颇为有效的方法，近年来倍受众多研究者的重视，而且在立体电视等方面得到了广泛的应用。
如1995年，日本Sanyo公司推出的40英寸立体三维投影系统便采用了经改进过的双柱镜屏技术，其机理如图7所示。
投影机A和B分别将左、右眼视像投射至双柱镜屏上。
由于双柱镜屏的作用，使得两种视像分别到达人的左眼L和右眼R。
此种立体三维投影系统的图像达到颇为清晰及自然逼真的程度。
(4)自动式立体三维图像自动式立体三维图像包括随机点(Random-dot)立体三维图像及计算机产生的立体三维图像，它是由众多在水平方向上重复周期稍有差异或视角略有变化的基元图像在该方向上重复排列而形成的。
这种由水平方向的周期性产生深度感的现象称为"壁纸效应"(Wallpaper effect)，即注视周期性排列的壁纸图案时会出现图像"沉入"或"浮出"纸面的感觉。
20世纪60年代，B.Julesz等人据此制作了左、右眼分视的双图案随机点立体三维图像。
20世纪70年代后，C.W.Tyler等人将其发展为双眼观看同一幅图案的立体三维图像，并称为"自动式立体三维图像"(Autostereo image)。
近年来在国内外颇为流行并被称为"画中画"和"魔画"等。
自动式立体三维图像作为一种艺术品绕有趣味。
但它离不开水平方向重复排列的周期性背景，难以实现纯净无背景的立体三维图像画面。
另外，注视这种画面直至产生出立体感的"响应时间"对不少人而言也显得相当长(可达数分钟或更长的时间)，使其难以用于动态画面的显示。
二、全息显示全息显示技术的问世给真正的立体三维电视带来了希望之光。
全息电视与立体电视相比，其优越之处不仅仅在于立体三维图像更接近于物体自身，而且还要从人眼对物体深度感在生理上的心理暗示来加以考虑。
1、全息显示的基本机理全息学(Holography)自20世纪60年代激光器问世后得到了迅速的发展。
其基本机理是利用光波干涉法同时记录物光波的振幅与相位。
由于全息再现象光波保留了原有物光波的全部振幅与相位的信息，故再现象与原物有着完全相同的三维特性。
换句话说，人们观看全息像时会得到与观看原物时完全相同的视觉效果，其中包括各种位置视差，这即是全息三维显示的理论依据。
从这种意义上来说，全息才是真正的三维图像，而上述的各种由体视对合成的图像充其量仅是准三维图像(并无垂直视差的感觉)。
20世纪80年代后，激光全息技术的迅速发展，成为一种异军突起的高新技术产业。
在激光全息技术中，全息显示技术由于更接近于人们的日常生活而倍受关注。
它不仅可制出惟妙惟肖的立体三维图片美化人们的生活，还可将其用于证券、商品防伪、商品广告、促销、艺术图片、展览、图书插图与美术装潢、包装、室内装潢、医学、*刑侦、物证照相与鉴别、建筑三维成像、科研、教学、信息交流、人像三维摄影及三维立体影视等众多领域，近年来还发展成为宽幅全息包装材料而得到了广泛的应用。
由于白光再现全息技术可在白昼自然环境中或在普通白光照射条件下观看物体的三维图像，使得全息显示技术得到了迅速的发展2、主要的全息显示(1)透射式全息显示图像透射式全息显示图像属于一种最基本的全息显示图像。
记录时利用相干光照射物体，物体表面的反射光和散射光到达记录干板后形成物光波；同时引入另一束参考光波(平面光波或球面光波)照射记录干板。
对记录干板曝光后便可获得干涉图形，即全息显示图像。
再现时，利用与参考光波相同的光波照射记录干板，人眼在透射光中观看全息板，便可在板后原物处观看到与原物完全相同的再现像，此时该像属于虚像。
假如利用与参考光波的共轭光波相同的光波照射记录干板，即从记录干板右方射向记录干板而会聚一点的球面光波，则经记录干板衍射后会聚而形成原物的实像。
透射式全息显示图像清晰逼真，景深较大(仅受光波相干长度的限制)，观看效果颇佳。
但为确保光的相干性，需用激光记录与再现。
采用激光也会带来其特有的散斑效应的弊病，即再现像面上附有微小而随机分布的颗粒状结构。