光栅式自由立体显示器概述-最新资料
自由立体显示
自由立体显示（auto stereo）针对上述3D显示技术的诸多缺点，最近又研究出一种新型的3D显示技术，观察者不需要佩戴任何观察仪器就可以直接看见3D图像。
这种技术按实现方法分主要有透镜法和光栅法两种。
在两种方法中都用了一种合成的图像，包含竖直的交替排列的图像条纹，这些条纹由具有位差的左图像和右图像构成。
在透镜法或光栅法中都有一个液晶显示屏，通过排列一种普通的颜色过滤器来显示合成图像，该图像由许多竖直的一个像素宽(比如说显示RGB的3个点)的条纹状图像组成，但是即使是在观测区域中也会引起色彩分离现象，为了防止色彩分离现象，合成图像中必须用1个点宽的图像条纹，这样就需要一个额外的信号转换电路。
而且，这种合成图像不适合现在广泛应用于3D显示的顺序区域立体显示方法。
自由立体显示——立体显示的发展和趋势不需要佩戴任何辅助工具的自由立体显示方式，又称“裸眼式3D技术”，由于其个方面的有点，必然成为立体显示的发展趋势。
当今欧美等国和国际大公司的研究方向也主要集中这个方向。
基于液晶显示器的自由立体显示技术主要有如下几种。
1.视差照明技术视差照明技术是美国DTI(Dimension Tech—nologies Inc．)公司的专利，它是自动立体显示技术中研究最早的一种技术。
DTI公司从20世纪80年代中期进行视差照明立体显示技术的研究，1997年推出了第一款实用化的立体液晶显示器。
利用视差照明实现立体显示的原理很简单，在透射式的显示屏(如液晶显示屏)后形成离散的、极细的照明亮线，将这些亮线以一定的间距分开，这样人的左眼通过液晶显示屏的偶像素列能看到亮线，而观察者的右眼通过显示屏的偶像素列是看不到亮线的，反之亦然。
因此观察者的左眼只能看到显示屏偶像素列显示的图像，而右眼只能看到显示屏的奇像素列显示的图像。
这样观察者就能接受到视差立体图像对，产生深度感知。
2 视差屏障（Barrier）技术视差屏障式原理也被称为光屏障式3D技术或视差障栅技术，其原理和偏振式3D较为类似，夏普公司欧洲实验室的工程师们经过10年的研究开发。
基于柱镜光栅的多视点自由立体显示-hhnew
1、柱镜光栅：根据折射原理制作的立体光栅，是由模具将透明塑料滚压而成,表面的光栅线条是由许多结构参数和性能完全相同的小半圆柱透镜远平面线性排列组成。
一面是平面,为柱透镜元的焦平面,一面是周期性起伏变化的曲面,每个圆柱透镜元相当于汇聚透镜,起聚光成像的作用。
这一特性使得它对图像具有“压缩”和“隔离”的作用。
2、三维图像合成其流程是将通过特殊方法拍摄的有一定视差的一组图像,经用电脑按一定规则抽样合成为一幅图像,即图像是以条纹状态(一条条紧密排列的像素)记录在同一张图片上。
再根据覆盖光栅的栅距大小,对合成的立体图像进行缩放,使得每一组图像条占满在一个栅距内。
经过压在画面上柱镜光栅的折射分像,画面中的物体在人的双眼中呈现出立体感效果。
3、立体图像的制作：(1) 真立体影像地图制作方法将航拍获得的图像序列,利用特征匹配的方法,在多幅图像中寻找匹配的特征点、线、面(由于居民地、道路、河流等是影像图中的主景,所以在图像的匹配过程中应以这些重要的地物为基准) ,进行图像的主景配准。
然后再按照顺序导入到专门的立体合成软件中,设置好光栅的参数后即可生成光栅图像。
生成好的光栅图像用高精度打印机输出打印在变形小的相纸上,然后,再将其压裱在光栅背面,即可形成一幅极具现实立体感的影像地图。
这种方法对拍摄要求相对较高,但光栅图像制作比较容易,速度快,且立体感强。
(2) 仿真立体影像图的制作方法将已经制作完成的正射影像图,结合DEM数据,使用专业的平面转立体软件,按照一定的立体勾画方法,就可以制作成立体光栅图像。
然后,进行输出压裱即可制作完毕。
这种方法虽然对照相设备与拍照方式要求不高,且能模拟出较好效果,但它不能达到立体照相机拍摄而制成的立体效果。
另外仿真立体不适合制作地貌复杂破碎的区域,因为制图区域地貌如果过于破碎会加大勾画的难度,成图速度将会降低。
所以,如果要制作精度较高、立体感真实的立体影像图应采用第一种方法,当对于立体图的细节要求不高时也可以采用第二种方法。
光栅三维自由立体显示模型研究及制作报告
光栅三维自由立体显示模型研究及制作报告引言随着社会高速发展，显示技术日新月异，三维立体显示以其独有的优越性，成为当今显示领域的一个研究热点。
实现三维立体显示方法有很多，如眼镜/头盔式三维立体显示，光栅式三维自由立体显示，全息立体显示等。
而光栅式三维自由立体显示又可根据光栅类型分为：狭缝光栅式自由立体显示，柱透镜光栅式自由立体显示。
其中狭缝光栅设计方法较成熟，成本低，准确度高，实验室较易实现，便于学生们理解光栅立体显示原理；而柱透镜光栅设计具有亮度高、观看舒适度等优点，但柱面透镜制造光栅的模具价格昂贵，设计的准确度要求比较严格。
因此，本文采用狭缝光栅式原理研究并制作模型，为便于广大的学生理解光栅三维立体显示提供了理论基础。
1光栅三维自由立体显示光栅是具有周期性的空间结构或光学性能的衍射屏。
光栅种类很多，有柱面光栅和狭缝光栅。
根据折射原理制作的立体光栅叫柱镜光栅。
而根据透射原理制作的立体光栅叫狭缝光栅，它是利用针孔成像的原理来实现图像的立体再现。
狭缝光栅的最大优点是聚集相当精确、成像好、立体效果强烈。
人具有立体视觉能力，是由于人两只眼睛从不同的方向获取同一景物的信息，各自得到关于景物的二图像，而产生视差。
立体显示技术的根本原理就是使左眼和右眼看到各自的图像，在大脑视觉皮层中进行融合这种视差，从而产生图像的深度感、层次感、立体感。
1.1柱透镜光栅式自由立体显示原理柱面透镜光栅立体显示器由平面显示屏和光栅屏组成，两者精密耦合在一起。
其原理来自于视差立体法，即利用人的双眼视差和会聚所构成的深度感实现人意识中的立体感，利用在不同视点上获取的二维影像来重建原空间物体的三维模型。
如图1所示。
重做1.2狭缝光栅式自由立体显示原理狭缝光栅式自由立体显示器主要是由平板显示屏和狭缝光栅组合而成，左右眼视差图像按一定规律排列并显示在平板显示屏上，然后将左右眼图像利用光栅分开，此时，左右眼分别看到具有视差的左右眼图像，又根据双目视差原理，观看者的大脑将左右眼图像融合并产生立体感，从而实现立体显示。
立体光栅技术介绍
2、光栅的质量：质量好的光栅应该聚焦准、成型好、透明度高，只有达到了这三种要求，做出来的立体画才立体效果突出，看后不晕眼、像不虚。光栅的透明度是人们一眼就能看出来的，从成像的角度看,狭缝光栅由于是印刷品,精度最高,因此成像效果也最好,它的不足是在打背灯的情况下才能显示立体效果。目前成型和透明度最好的光栅材料莫过于PET，立体通用膜材光栅全部用PET材料制成，价格低、成型好、聚焦准、也是上乘的立体光栅材料。光栅是否聚焦特别是细小的差距肉眼是看不出来的，这要借助于立体光栅测试软件，立体光栅测试软件具有无与伦比的功能，任何存在暇疵的光栅都逃不过它的火眼金睛。
3、光栅的价格：价格决定立体产品的制作成本，是业内人士普遍关心的问题。一般情况是，板材光栅价格高、不易裁切，难做大；膜材光栅易裁切，能拼接，可以做大，但需要介质；片材光栅只能做很小的画面。相比之下，狭缝光栅和膜材光栅是目前价位上大众能够普遍接受的立体通用光栅。
4、如果制作高档次的画面，也可以考虑使用板村光栅厚度＞1MM，如果搞立体印刷或者做小幅的相册，则要用片材光栅厚度＜1MM。
立体光栅介绍
什么是立体光栅?哪种立体光栅最好？
立体光栅简称光栅，它是根据人的视觉差异和光学折射原理制造的一种光学成像材料，将光栅叠上经过特殊处理的光栅画，便可生成一幅真彩全息的立体画面，给人以美好的视觉享受。
1、立体光栅的种类：
根据立体光栅的成像原理不同，目前市场上的立体光栅主要有柱镜光栅和狭缝光栅。柱镜光栅是一种折射成像的光栅，所以在其表面分布着很多均匀的光栅线条。按照用途，柱镜光栅又分为挤压成型的板材光栅、冲压成型的片材光栅和复合成型的膜材光栅。狭缝光栅是运用光学透射原理制造的一种高精度印刷光栅，由于它是由黑白线组成的，所以通常人们又叫黑光栅。决定光栅好坏的要素是质量、价格和用途。（图1光栅板，图2光栅片，图3光栅膜，图4狭缝光栅）
柱透镜光栅式立体显示技术综述
柱透镜光栅式立体显示技术综述作者：刘洋成来源：《科教导刊·电子版》2015年第24期摘要在众多自由立体显示技术中，基于柱透镜光栅的自由立体显示技术因技术比较实用、立体显示效果比较出众而成为当前的研究热点和主要方向。
本文将分析透镜光栅立体显示的基本原理、技术演进、发展趋势和热点问题，以及其给专利审查工作带来的启示。
关键词立体显示柱透镜光栅莫尔条纹中图分类号：TN873 文献标识码：A立体显示技术具有高度临场感，能给观众带来无与伦比的立体视觉享受，因此一直是显示技术领域的研究热点。
以往的立体显示技术需要借助立体眼镜、头盔显示器等辅助视具，从而大大限制了其推广应用；而自由立体显示技术突破了这种局限性，使观众能够在较大角度内的多个位置用裸眼自由清晰地感受到立体画面所带来的视觉冲击，从而极大地推动了立体显示技术的发展和应用。
在众多自由立体显示技术中，基于柱透镜光栅的自由立体显示技术因技术比较实用、立体显示效果比较出众而成为当前的研究热点和主要方向。
本文将分析透镜光栅立体显示的基本原理和热点问题，以及其给专利审查工作带来的启示。
1立体显示技术概述1.1立体视觉机制及分类人体产生立体视觉的原因是因为人的两眼一般相距65mm左右，所以当两眼观看同一物体时，是具有细微差别的，这就是所谓的“双目视差”。
人类利用双目视差感知立体视觉效果的过程如下：（1）通过左右两只眼睛获取同一景物的信息，得到两幅非常相似而角度又有所不同的二维图像；（2）大脑通过对左右两幅有细微差别的二维图像进行综合分析和处理，产生出精确的三维物体以及该物体在场景中的定位，从而产生具有深度的立体感觉。
按照成像原理，三维显示大致可以分为全息和非全息两大类。
全息技术是通过记录参考光和物光的干涉条纹，然后用与记录时相同的参考光来再现三维图像。
这种方法的优点在于能够重现物体的光强和位相信息，从而显示具有真实深度信息的立体图像。
但由于记录和再现过程（尤其是记录过程）需要相干光源这一苛刻的条件，并且再现的图像存在严重的色彩失真，因此全息技术一直没有得到广泛的应用。
光栅立体是什么原理的应用
光栅立体是什么原理的应用一、光栅立体的原理光栅立体是一种通过光的折射和反射来产生立体效果的技术。
其原理是利用光线在透明的光栅表面发生衍射，从而使光线产生多个角度的折射和反射，使人眼看到的图像呈现出立体效果。
具体来说，光栅是由很多平行的细线组成的，当光线经过光栅时，会发生衍射现象，导致光线会分散到不同的方向上，从而形成多个角度的光线。
当这些衍射光线到达人眼时，人眼会同时接收到不同方向的光线信息，从而产生立体效果。
二、光栅立体的应用光栅立体技术具有广泛的应用领域，下面介绍几个典型的应用案例。
1. 光栅立体显示技术光栅立体技术在显示领域有着重要的应用。
通过在显示屏上加入光栅结构，可以实现n维/2D或3D效果的显示。
这种技术可以应用于电视、手机、电脑显示器等产品中，给用户带来更加逼真的视觉效果，提升用户体验。
2. 光栅立体打印技术光栅立体打印技术是一种通过打印机或3D打印机将图像或物体以立体形式打印出来的技术。
通过在打印机上加入光栅结构，可以实现在打印品上产生不同的高度和层次感，从而使打印品呈现立体效果。
这种技术可以用于制作立体海报、立体卡片、立体模型等。
3. 光栅立体电影技术光栅立体技术在电影领域的应用也很广泛。
通过在电影屏幕上加入光栅结构，可以实现电影画面的立体效果，让观众有身临其境的感觉。
这种技术可以应用于2D电影的升级，也可以应用于3D电影的制作，提升电影的沉浸感和观赏体验。
4. 光栅立体摄影技术光栅立体摄影技术是一种通过光栅镜头和光栅滤光片来产生立体效果的技术。
通过使用光栅镜头和光栅滤光片，可以捕捉到不同角度的光线信息，从而呈现出立体感的照片。
这种技术可以应用于摄影、摄像等领域，给影像带来立体感和深度感。
5. 光栅立体游戏技术光栅立体技术在游戏领域的应用也很有潜力。
通过与虚拟现实技术结合，可以实现逼真的游戏场景和立体的游戏体验。
玩家可以通过穿戴光栅立体眼镜和使用相应设备，进入虚拟游戏世界，与游戏中的角色和环境进行互动。
狭缝光栅裸眼立体显示器的参数优化设计
狭缝光栅裸眼立体显示器的参数优化设计狭缝光栅裸眼立体显示器是一种无需佩戴任何额外设备就能实现立体显示效果的显示技术。
它利用特殊设计的狭缝光栅来分别过滤左右眼的光线，达到立体感觉。
为了达到更好的显示效果，需要对该显示器的参数进行优化设计。
本文将从狭缝光栅的参数、光源选择、视角和分辨率等几个方面，对狭缝光栅裸眼立体显示器的参数进行优化设计。
首先，狭缝光栅的参数是影响立体显示效果的关键因素之一、狭缝光栅的狭缝宽度和间距决定了左右眼光线的分离程度，直接影响到立体感的强度。
狭缝宽度和间距越小，立体感越强，但同时也会降低显示亮度。
因此，需要在狭缝宽度和间距之间进行权衡，选择适当的数值，以达到较好的立体显示效果和亮度。
其次，光源的选择也会对狭缝光栅裸眼立体显示器的效果产生较大影响。
光源的亮度和颜色温度是需要考虑的主要因素。
较高的亮度可以提升显示效果，但过高的亮度可能会引起眼睛的疲劳。
颜色温度应该与室内环境相匹配，以避免色彩失真。
因此，需要选择适合的光源，使得亮度和颜色温度适中。
另外，视角也是影响立体显示效果的重要因素。
狭缝光栅在不同视角下的效果可能有所不同，因此需要进行视角上的优化设计。
一种常用的优化方法是利用棱镜结构来控制光线的入射角度，从而使得在不同的视角下都能获得较好的立体效果。
采用这种优化设计可以提高立体感的一致性，避免立体效果在不同视角下的变化。
最后，分辨率也是狭缝光栅裸眼立体显示器参数优化设计中需要考虑的一个关键因素。
较高的分辨率可以提供更清晰的图像，从而提升立体显示效果。
然而，分辨率过高可能引起图像处理的困难和计算负担的增加。
因此，需要根据实际需求选择适当的分辨率。
综上所述，狭缝光栅裸眼立体显示器的参数优化设计需要考虑狭缝光栅的参数、光源选择、视角和分辨率等几个方面。
通过合理选择狭缝光栅的参数，选择合适的光源，优化视角设计以及选择适当的分辨率，可以提升立体显示效果，提供更好的使用体验。
这便是狭缝光栅裸眼立体显示器的参数优化设计的一些思考。
光栅式自由立体显示器概述
段让观看者的左、右眼分别只看到对应的左、右眼图
的 思
像，那么观看者就能感知到立体图像。
考
光栅式自由立体显示器主要由平板显示屏和光
栅精密组合而成，左、右眼视差图像交错排列在平板
显示屏上，利用光栅的分光作用将左、右眼视差图像
的光线向不同方向传播，当观看者位于合适的观看
区域时，其左、右眼分别观看到左、右眼视差图像，经
引言
现实世界是一个三维（3D）立体世界，随着社会 的发展，二维（2D）平面显示在某些方面已不能满足 人类的需求，人们更希望能真实地还原显示出现实 世界的三维信息，因此三维立体显示技术[1~4]成为了 当今显示领域的一个研究热点。
3D 立体显示技术有着广泛的应用前景。如果说 黑白电视是显示技术的第一代产品，彩色电视是第 二代产品，那么立体电视就是第三代产品。当今全球 显示行业每年有近 1，000 亿美元的市场，如果立体 显示逐步取代平面显示，全球每年还将增加数百亿 美元的市场。3D 广告、游戏、教育、医疗、建筑等领域 对 3D 立体显示器均提出了迫切需求。此外，3D 立
12 现代显示 Advanced Display
Oct.2009，总第 105 期
收 稿 日 期 ：2009-08-16
光栅式自由立体显示器概述
光栅式自由立体显示器概述
王爱红;王琼华
【期刊名称】《现代显示》
【年(卷),期】2009(000)010
【摘要】文章介绍了光栅式自由立体显示器的结构及原理,分析了影响其立体效果及性能的因素,如人眼调节和会聚特性、多视点技术、亮度及分辨率损失、串扰、2D/3D切换及兼容性等.并简要介绍了相应的提高立体显示效果的方法.
【总页数】6页(P12-17)
【作者】王爱红;王琼华
【作者单位】四川大学电子信息学院,四川成都,610065;四川大学电子信息学院,四川成都,610065;四川大学视觉合成图形图像技术国防重点学科实验室,四川成都,610065
【正文语种】中文
【中图分类】TN141
【相关文献】
1.一种新型光栅式自由立体显示器的硬件电路设计 [J], 张铧铧;吕国强
2.光栅式自由立体显示技术的研究与分析 [J], 郭春璐;岳小冰
3.光栅式自由立体显示器光学构成的理论研究 [J], 王元庆
4.光栅式自由立体显示器空间视区建模与串扰计算 [J], 李晶;李建军
5.光栅式自由立体显示器中莫尔条纹的形成规律 [J], 朱燕林;陈瑞改;谢佳;牛磊
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光栅显示器原理
光栅显示器原理
光栅显示器原理是一种常见的电子显示技术，它利用光栅的特殊结构来显示图像和文字。
之所以称为光栅显示器，是因为显示屏上有许多微小的光栅条或红、绿、蓝三种颜色的划痕，通过这些光栅条可以调控光的透射和反射，从而形成图像。
光栅显示器的原理是基于液晶和背光源之间的变焦效应。
液晶是一种特殊的有机化合物，它具有在电场作用下改变光的传输性质的特点。
当电压施加在液晶层上时，液晶分子会在电场的作用下重新排列，改变光的偏振方向。
这样，通过调节液晶的电压，就可以控制光线的透射和反射，进而实现图像的显示。
背光源是光栅显示器的另一个重要组成部分。
它通常由冷阴极荧光灯或LED灯组成，用于提供显示屏的背景光源。
背光源
会发出大量的白色光，经过液晶层后，会根据液晶分子的排列情况透射或反射出不同的颜色光线。
光栅显示器通过控制液晶的电压来改变光的透射和反射，从而控制像素的亮度和颜色。
每个像素由三个小的光栅条组成，分别对应红、绿、蓝三种颜色。
通过调节液晶的电压，可以改变每个像素中红、绿、蓝三种颜色光的强度，从而调配出丰富多彩的图像。
总之，光栅显示器利用液晶和背光源的合作工作原理，通过控制液晶的电压来改变光的透射和反射，从而形成图像。
这种显示技术在电子产品中得到广泛应用，如计算机显示器、电视机、手机等。
光栅显示器的工作原理
光栅显示器的工作原理随着科技的不断发展，显示器的种类也越来越多，其中光栅显示器是一种非常常见的显示器。
它的工作原理是利用光栅来控制光线的传播方向，从而实现图像的显示。
下面将从光栅的结构、光栅的工作原理和光栅显示器的特点等方面来详细介绍光栅显示器的工作原理。
一、光栅的结构光栅是一种具有周期性结构的光学元件，它通常由透明和不透明的条纹交替排列而成。
光栅的结构可以分为两种类型：反射式光栅和透射式光栅。
反射式光栅是将光线反射回来，从而实现光线的分散和衍射。
它的结构主要由一系列平行的条纹组成，这些条纹的宽度相等，间距也相等，通常是几微米到几百微米不等。
在反射式光栅中，光线入射到光栅上，经过反射后，会被分成不同的波长，从而实现光线的分散和衍射。
透射式光栅是将光线透过光栅，从而实现光线的分散和衍射。
它的结构与反射式光栅类似，也由一系列平行的条纹组成，但是透射式光栅的条纹通常是透明的，而不是不透明的。
在透射式光栅中，光线入射到光栅上，经过透过后，会被分成不同的波长，从而实现光线的分散和衍射。
二、光栅的工作原理光栅的工作原理是基于衍射现象的，它利用光线在光栅中的衍射效应来实现光线的控制和分散。
在光栅中，光线入射到光栅上后，会发生衍射现象，衍射会将光线分成不同波长的光线，从而实现光线的分散和控制。
具体来说，光栅的工作原理是通过控制光栅的结构来实现光线的分散和控制。
当光线入射到光栅上时，光栅的结构会使光线发生衍射现象，衍射现象会将光线分成不同波长的光线，从而实现光线的分散和控制。
通过控制光栅的结构，可以实现不同波长的光线的分散和控制，从而实现图像的显示。
三、光栅显示器的特点光栅显示器是一种常见的显示器，它具有以下特点：1. 高分辨率：光栅显示器具有高分辨率的特点，能够显示更多的细节和图像，从而提高图像的质量和清晰度。
2. 节能环保：光栅显示器具有节能环保的特点，能够减少能源的消耗和环境的污染，从而保护环境和节约资源。
光栅显示器的工作原理
光栅显示器的工作原理
光栅显示器是电子显示器的一种，它能够将电子信号转换成图像并显示出来。
它的工作原理是通过光栅来实现的，下面我们将会详细介绍。
首先，光栅是什么？光栅是一种特殊的透镜，它由许多细长的凸面镜或凹面镜组成，能将光线按照一定的规律分散或聚焦，形成不同的图案或图像。
而在显示器中，光栅用来分散或聚焦电子束，将其成像在屏幕上。
其次，屏幕是由一系列荧光物质组成的，当电子束聚焦在屏幕上时，荧光物质被激发发出光，这些光线按照一定的规律组成一个完整的图像。
而图像的质量又取决于电子束的质量和光栅的精度。
接着，光栅在显示器中的位置非常关键。
一般情况下，光栅是放置在电子枪和屏幕之间的。
电子枪发射的电子束通过光栅，成为一个个的小电子束，这些小电子束再照射在屏幕上，从而形成图像，而这些小电子束的数量和密度也影响了图像的质量和清晰度。
此外，现在的光栅显示器多采用三基色荧光物质，即红、绿、蓝三种颜色的荧光物质，通过不同比例的混合，能够产生各种颜色的图像。
利用这种技术，光栅显示器能够产生更加真实、生动的图像效果。
总之，光栅显示器的工作原理是通过光栅来分散或聚焦电子束，在屏幕上形成图像。
而这些电子束的数量和密度，以及光栅的精度都决定了图像的质量和清晰度。
随着科技的发展，光栅显示器的图像质量已经达到了非常高的水平，给我们的视觉带来了更加美妙的享受。
狭缝光栅3D显示屏基本介绍
【通过狭缝光栅实现3D 显示的原理】
基本原理：根据视差障碍(parallax barrier)原理使影像交互排列，先通过细长的纵列光栅后才由两眼捕捉观察，由于进入左、右眼的纵向影像因视差障碍器被分开，造成左、右眼所捕捉的影像产生微小偏离，最后经由视网膜当作三维影像读取。
实现方式：通过在LCD 屏的上方加装一片TN LCD(上面做上平行的栅格，如右下图的“加电时”图)来实现3D 显示效果。
TN LCD 在静态驱动下，显示若干等间距的黑色条纹，从而造成视差，在观察者眼中呈现3D 图像。
2D/3D 画面的切换：当不对TN 玻璃加电压的时候，此时TN 玻璃是透明的，显示屏就可以显示2D 画面来供观察者观看，从而实现在一个显示屏中既可以显示3D 画面，也可以显示2D 画面(如右下图)。
光栅(TN
【显示屏显示的图片形成方式】
视差原理
人类是通过右眼和左眼所看到的物体的细微差异来感知物体的深度，从而识别出立体图像。
因此在观看影视画面时，只要准备好拍摄位置稍微错开的两组图像，分别供“右眼”和“左眼”观看，便可以看到一组具有立体感的画面。
(下面的图建议放大来看)
左眼看到的画面
右眼看到的画面
【缺点】
观视者必需固定在一定的观视位置才能产生立体视觉效果。
否则，会造成观视者感受到微妙的重叠影像、失真(crosstalk)与黑色纵纹(moire)等观视性不佳及眼睛极易酸痛疲劳等反效果。
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光栅式自由立体显示器概述Overview on Autostereoscopic Display Device Based on Parallax Barrier or Lenticular LensWANG Ai-hong1, WANG Qiong-hua1,2(1. School of Electronics and Information Engineering, Sichuan University, Chengdu Sichuan 610065,China; 2. Key Laboratory of Fundamental Synthetic Vision Graphics and Image for National Defense, Sichuan University, Chengdu Sichuan 610065,China):This paper introduces the structure and principle of autostereoscopic display device based on parallax barrier or lenticular lens, analyses the factors which affect its stereoscopic effect and performance, such as eyes' accommodation and convergence characteristic, multi-view technology, brightness and resolution loss, crosstalk, and 2D/3D switch and compatibility, and briefly presents some methods to improve stereoscopic effect.Keywords:autostereoscopic display; multi-view technology; crosstalk; 2D/3D switch and compatibility 引言现实世界是一个三维(3D)立体世界,随着社会的发展,二维(2D)平面显示在某些方面已不能满足人类的需求,人们更希望能真实地还原显示出现实世界的三维信息,因此三维立体显示技术[1~4]成为了当今显示领域的一个研究热点。
3D立体显示技术有着广泛的应用前景。
如果说黑白电视是显示技术的第一代产品,彩色电视是第二代产品,那么立体电视就是第三代产品。
当今全球显示行业每年有近1,000亿美元的市场,如果立体显示逐步取代平面显示,全球每年还将增加数百亿美元的市场。
3D广告、游戏、教育、医疗、建筑等领域对3D立体显示器均提出了迫切需求。
此外,3D立体显示在军用电子地图、军事仿真、航空航天、武器设计和使用等军事领域也将发挥巨大的作用。
19世纪30年代,科学家Wheatstone着手研究人类的视觉,并于1838年发明了立体镜,拉开了人类对3D立体显示技术研究的帷幕。
20世纪中后期,随着计算机信息技术的发展以及平板显示器的出现,3D立体显示技术蓬勃发展。
日本、韩国、欧美等国家从1980年代开始了三维立体显示的基础研究,且各国根据自身的情况,在近30年的时间里开发了各种技术和产品。
我国3D 立体显示技术虽起步较晚,基础薄弱,与国际水平存在着差距,但也有不少高校、研究所和公司企业对立体显示开展了研究并取得了一些成果。
基于各种立体显示技术研制出的立体显示器能将场景的三维空间信息完全再现,使观看者能观看到浮出屏幕外、伸向纵深、悬在空中、并具有身临其境效果的3D立体影像。
目前,3D立体显示器主要分为两类:眼镜/头盔式立体显示器和自由立体显示器。
后者由于无需佩戴任何助视工具,从而变得更加灵活、实用,受到广泛重视。
自由立体显示器的实现方式有多种,其中光栅式自由立体显示器由于结构简单、易于实现、无需佩戴辅助观看装置及立体显示效果良好等优点,得到了立体显示研究人员的青睐。
1 光栅式自由立体显示器结构与原理光栅式自由立体显示是基于双目视差原理的三维立体显示技术。
所谓双目视差,是指人两眼间有一定瞳距,在观看物体时左眼和右眼所接收到的视觉图像略有差异,大脑将含有细微差别的左、右眼图像融合,产生有空间感的立体景物。
因此,若能为左、右眼提供同一场景的立体图像对,采用光学或其它手段让观看者的左、右眼分别只看到对应的左、右眼图像,那么观看者就能感知到立体图像。
光栅式自由立体显示器主要由平板显示屏和光栅精密组合而成,左、右眼视差图像交错排列在平板显示屏上,利用光栅的分光作用将左、右眼视差图像的光线向不同方向传播,当观看者位于合适的观看区域时,其左、右眼分别观看到左、右眼视差图像,经大脑融合后便可感知到具有立体感的图像[5]。
根据所采用的光栅类型,光栅式自由立体显示器可分为狭缝光栅式自由立体显示器和柱透镜光栅式自由立体显示器两类。
狭缝光栅式又分为前置狭缝光栅和后置狭缝光栅两种,其结构图分别如图1(a)、(b)所示。
图1(a)中狭缝光栅置于平板显示屏与观看者之间,观看者左、右眼透过狭缝光栅的透光部分只能看到对应的左、右眼视差图像,由此产生立体视觉;图1(b)中狭缝光栅置于平板显示屏与背光源之间,用来将背光源调制成狭缝光源。
当观看者位于合适的观看区域时,从左(右)眼处看显示屏上只有左(右)眼视差图像被狭缝光源照亮,那么左、右眼就只能看到对应的左、右眼视差图像,由此产生立体视觉。
柱透镜光栅式自由立体显示器的结构如图2所示,利用柱透镜阵列对光线的折射作用,将左、右眼视差图像分别提供给观看者的左、右眼,经过大脑融合后产生具有纵深感的立体图像。
2 光栅式自由立体显示器性能及相关技术在众多立体显示技术中,光栅式自由立体显示技术由于结构简单、易于实现、无需佩戴辅助观看装置及立体显示效果良好等优点,得到了立体显示研究人员的青睐。
然而要使光栅式自由立体显示器得到广泛的应用,例如走进家庭,就需要研究人员不断提高立体显示性能,改善立体显示效果。
下面将对光栅式自由立体显示器的性能及相关技术作简要分析。
2.1 调节/会聚特性人眼有两个基本特性:调节和会聚。
眼睛通过调节特性将物体的像聚焦到视网膜上,并通过会聚特性将双眼视轴会聚到被注视的物体上。
观看现实世界的物体时,人眼的调节距离和会聚距离是一致的。
然而在观看光栅式自由立体显示器时,人眼的调节距离是固定的,即位于立体显示屏上,而会聚距离与物体的再现立体深度有关。
由于物体的再现立体深度是由物体的视差大小决定的,因此会聚距离也由视差大小决定。
根据双目视差原理,观看者将左、右眼视差图像融合成立体图像,但所融合的视差大小具有一定的范围,这个范围称为融合范围[6]。
在观看立体图像时,若视差大小在融合范围内,调节和会聚距离虽然不一致,但观看者仍能将左、右眼视差图像融合成一幅立体图像,如图3(a)所示;若视差的大小在融合范围之外,观看者则无法将左、右眼两幅视差图像融合成一幅立体图像,如图3(b)所示,观看者看到的是一幅不清晰的串扰图像,从而产生严重的视疲劳[7]。
调节和会聚的不一致是光栅式自由立体显示器的固有特性,因此两者不一致所引起的视觉疲劳是不能消除的,只能尽可能减小,比如把左、右视差图的视差控制在大脑能够融合的范围之内;对于立体感要求不强的场景,适当减小视差,以得到较舒适的观看效果。
2.2 多视点技术图1和图2所示的光栅式自由立体显示器结构图中采用了双视点技术,即单个光栅节距下只有两幅视差图像信息。
根据双目视差原理,只需两幅不同的视差图像就能获得具有立体效果的图像,但这样形成的立体视区范围小、易产生跳变效应。
如图4(a)所示,视区1表示观看者眼睛位于该视区时只能看到第一幅视差图像;同理视区2表示观看者眼睛位于该视区时只能看到第二幅视差图像。
当观看者左眼位于视区1而右眼位于视区2时,就能感知到立体图像。
若观看者水平移动一定距离就会使得左眼位于视区2而右眼位于视区1,从而产生伪立体。
由此可见,采用双视点技术,观看者只能在相对固定的位置观看到立体图像,缺乏自由度。
为了给观看者提供较大的观看自由度,可采用头部跟踪技术[8]和多视点技术[9]。
头部跟踪技术由于系统较复杂且只能供单人观看,因此有一定的使用局限;多视点技术,即单个光栅节距下有N(N>2)幅视差图像信息。
如图4(b)所示,N幅视差图像交错排列在平板显示屏上,借助光栅的分光作用,当观看者水平移动时,总有两个最佳视差图像进入左眼和右眼,从而形成立体视觉。
多视点技术中也存在伪立体,即左眼位于视区N而右眼位于视区1时,但相对于双视点技术而言,伪立体视区要小得多。
多视点技术不仅给观看者提供了双目视差,还提供了运动视差,让观看者在自由移动的同时观看到立体图像的不同侧面。
2.3 亮度及分辨率损失狭缝光栅式自由立体显示中,由于狭缝不透光部分对光线的遮挡而导致立体图像亮度降低;而柱透镜光栅式自由立体显示中,柱透镜光栅为透明介质,只吸收一小部分光,对立体图像亮度影响很小。
光栅式自由立体显示器的显示屏在水平方向上周期显示N幅视差图像信息,从而单幅视差图像的水平分辨率为显示屏分辨率的1/N。
由于只存在水平分辨率的降低而垂直分辨率并没有受到影响,从而两者之间的失衡导致立体图像质量下降。
为此,一般将光栅以一定角度倾斜放置[10],使得水平分辨率及垂直分辨率都有所下降,当两者均降为显示屏相应分辨率的N1/2时,立体图像质量最佳。
采用越多的视差图像就意味着分辨率降低得越多,可见多视点技术与高分辨率要求是相矛盾的。
因此为了实现高分辨率的多视点自由立体显示,可采用一种双狭缝光栅投影立体显示技术,通过合理地设计两个光栅的相关参数,最终得到与二维图像分辨率相等的立体图像[11];也可采用一种多电极驱动液晶透镜(MeDLC)技术,如图5所示,通过电压序列驱动MeDLC,等效实现透镜在水平方向上的移动,结合OLED平板显示器响应速度快的特性以及数字图像处理技术,使得观看者随透镜移动时也可观看到单幅视差图像的完整图像,从而实现高分辨率的多视点自由立体显示[1,2]。
2.4 立体图像串扰观看者左、右眼除了观看到应该看到的视差图像外,还会观看到一部分来源于其它视差图像的光线,这就是立体图像串扰[13,14]。
串扰的存在很大程度上降低了立体显示效果,且串扰的大小随着观看位置的改变而改变。
目前,一般采用的串扰测量方法为:以双视点立体显示为例,在暗室中当观看者位于某一观看位置时,点亮左眼视差图像像素而让右眼视差图像像素为黑,记录亮度信息YWlBr;点亮右眼视差图像像素而让左眼视差图像像素为黑,记录亮度信息YWrBl;左、右眼图像像素都不点亮,记录亮度信息YBlBr。