高亮度多视点的光栅3D显示

频谱图
合成图像
频域光栅下的仿真图像
频域光栅
怎样实现频域光栅
• 前面我们讲到了频域光栅可以实现高亮度多视点的特点，但是 我们要怎么 样才能得到呢？这里我们需要运用到数字图像处理 的知识，那就是傅里叶变换。 • 傅里叶提出任何周期函数都可以表示为不同频率的正弦和/或余 弦和的形式，每个正弦和/或余弦和乘以不同的系数（傅里叶系 数）。图像的频率表征图像中灰度变化剧烈程度的指标，是灰 度在平面空间上的梯度。从物理效果来看，傅里叶变换是将图 像从空间域转换到频率域，其逆变换是将图像从频率域转换到 空间域。换句话说，傅里叶变换的物理意义是将图像的灰度分 布函数变换为图像的频率分布函数，傅里叶逆变换是将图像的 频率分布函数变换为灰度分布函数。 • 所以我们了解了傅里叶变换处理图像的原理后可以用其来处理 狭缝光栅，所以可以改变光栅的灰度值从而增大其透过率。
怎样理解整个系统
• 在保证巨大透过率的同时，此光栅能够抑制串扰的关键， 在于我们将此频域光栅考虑为了一个光学信号处理系统。 系统中，2D显示器提供的合成图像为信源，即原始信号。 信号通过这个处理系统时将被光栅进行调制，从而反映出 3D信息。可以看出，系统中合成图像和光栅的空间关系并 不是一个离散函数对应的关系，而是一个连续函数关系， 因此无论是光栅还是合成图像只要其尺寸稍微发生一点变 化，都会对显示结果带来影响。因此此系统应该是一个连 续的空间系统。
裸眼3D显示
高亮度多视点光栅3D显示实现原理
• 对于高亮度多视点的光栅3D显示，要提高其显示亮度可采用一 种具有渐变透射率的光栅，这种光栅具有增强的频率特性即频 域光栅。 • 采用频域光栅方法主要多用在多视点狭缝光栅3D显示中。我们 举一个具有8个视点的狭缝光栅3D显示器为例，它的狭缝光栅最 大开口率仅仅为12.5%，也就是说明这个光栅只能让12.5%的光 线通过光栅而在2D显示屏上形成图像，显示图像的亮度也自然 被限制为2D显示屏幕亮度的12.5%。因此，这种很低的显示亮度 会很严重地影响观众的观看效果。所以频域光栅的引入就可以 很大程度地提高光栅的开口率，通过这样提高显示亮度。出现 这种效果主要是因为频域光栅将几何光学中分光的问题将以前 的从空域中分光搬到在频域中分光中来加以解决。
高亮度多视点的光栅3D显示研究
指导老师 ：吕国皎 11662 陈斌
裸眼3D显示的原理
• 狭缝光栅的挡光条和透光条相间排列，由于挡光条遮挡光而且 透光条允许光透过，最终结合2D显示屏上与之对应排列的左右 视差图像，在空间上实现了左右视差图像的光线分离。我们以 两个视点3D显示为例，由于狭缝光栅挡光条对光线的遮挡，观 察者的一只眼睛透过一条狭缝只能观察到一列像素。如果左眼 只能看到偶（奇）列像素，且2D 显示屏奇、偶列像素分别显示 了左右视差图像，那么观看者就可以观看到立体图像。
具有渐变透过率的8视点频域光栅3D 显示结构原理图
ຫໍສະໝຸດ Baidu
采用频域光栅的透过率分布
• 透光条的中央区域，光栅的透过率为100%，然而光栅的其 他区域，它们的透过率按着余弦函数的关系进行改变。其 总体的透过率的计算，我们可以在一段周期内对此光栅的 透过率做积分。然而其结果得出，光栅总体的透过率 27.5%，我们把这一结果和传统8视点狭缝光栅3D显示器 12.5%的透过率相比较，频域光栅的透过率明显增大。所 以这种光栅可以显著提高显示的亮度。
连续空间系统的分析
连续空间系统分析的结论
总结频域光栅的设计
• 频域光栅就是为了提升其主瓣宽度范围而进行设计的。此光栅 具有两个透过率分布范围，中心范围具有最高的透过率，其宽 度和2D显示屏上像素的宽度匹配。这个部分的透过率可以将信 号的能量集中起来并获得最高的频率响应，且其不会产生串扰。 其他部分透过率分布的设计也是为了获得最高的频率响应。对 于这些部分频谱的理想模型就是一个门函数，且此门函数的频 谱宽度要超过合成图像的主瓣宽度为宜。因此我们对这个门函 数做傅里叶逆变换可以得到其在空域中的表达，即一个余弦函 数。如图频谱所示（a）和（b）分别是我们的频域光栅和传统 光栅的频谱，而（c）为合成图像的频谱。采用了频域设计以后， 光栅主瓣的频率范围从传统模式下的2.4 rad/mm 提高到了6.1 rad/mm。而合成图像的主瓣频率范围为6.2 rad/mm。因此，我 们认为这样的频域光栅可以反映出合成图像中的绝大部分3D图 像信息。当然此频域光栅的性能还可以得到更进一步的优化， 但是他现在已经可以大大地提高光栅的开口率和显示器的亮度 了。