裸眼3D显示技术王琼华
裸眼3D显示技术王琼华
• 2010年被称为3D显示新纪元
• 2012年元旦我国开通3D电视频道 (中央电视台)
黑/白
高分辨率 彩色
平2板D
微显示
可折叠
大大屏屏幕幕
便携
3D显示的概念
3D显示:是指采用光 学、计算机等多种技 术手段来模拟实现人 眼的立体视觉特性， 将空间物体以三维信 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。
裸眼3D显示：不需要佩戴助视设备就能观看到3D影像的3D显示。
3D显示的分类
3D显示
伪3D显示
固有 立体观看 视疲劳？
真3D显示
眼镜 头盔 光栅 集成成像 体3D 全息 光场
佩戴助视设备？
助视3D显示
裸视(裸眼)3D显示
裸眼3D显示：不需要佩戴助视设备就能观看到3D影像的3D显示。
3D显示原理
双目视 差原理
集成成像3D显示器
双视裸眼3D显示画
场景1
场景2
双视裸眼3D显示器
（a）场景I
（b）场景II
可能的应用
应用
一套系统可同 时播放多套3D 节目，供不同 观看者使用。
当播放1套节目 时，可保护观 看者的隐私。
年 轻
老 人
儿 童
人
360度3D全息幻影成像系统
(a) 常规2D幻影成像
(b) 裸眼3D幻影成像
3D显示样品演示
3D显示概述
提
裸眼3D显示技术
纲
川大的部分3D显示成果
主要内容
体3D显示 全息3D显示 集成成像3D显示 光栅3D显示
主要内容
体3D显示 全息3D显示 集成成像3D显示 光栅3D显示
体3D显示-基于旋转屏
多视点裸眼立体显示的实现方法
多视点裸眼立体显示的实现方法林烨;张鲁殷;刘维慧【摘要】提出了一种由液晶显示器和光栅精密组合实现多视点高清裸眼立体显示的新方法。
%A new method for realizing multi view HD naked eye stereoscopic display with LCD and grating pre-cise combination is presented.【期刊名称】《大学物理实验》【年(卷),期】2015(000)004【总页数】3页(P72-74)【关键词】多视点;高清;立体显示;分光光栅【作者】林烨;张鲁殷;刘维慧【作者单位】山东科技大学，山东青岛 266590;山东科技大学，山东青岛 266590;山东科技大学，山东青岛 266590【正文语种】中文【中图分类】TB1333;TB86电视从诞生以来，一直是以平面的方式呈现在人们面前。
随着社会的发展，目前通常的二维平面显示在某些方面已经不能满足人们的需求，人们希望显示器能够真实的还原显示出空间的三维信息。
立体显示技术让观察者摆脱了平面的束缚，体验到身临其境的感觉，成为时下显示领域的热门技术。
立体显示技术可分为助视立体显示与裸眼立体显示两类，当前比较成熟的助视立体显示主要借助于立体眼镜等，采用偏振、滤光等原理呈现立体图像。
最大的缺点摆脱不了助视器的束缚，操作复杂、观察者容易疲劳;裸眼立体显示技术中观察者不再受限于眼镜。
主流的裸眼立体显示技术的基本原理是在液晶屏上显示出具有视差的立体图像，然后利用狭缝光栅、柱透镜光栅等基本型光栅作为视差分割器件，观看者的左右眼会接收到具有视差的立体图像，并在人脑合成，产生立体感觉［1］。
目前已知的这种显示技术中，存在两个问题。
首先，目前的技术方案多是基于常规的液晶屏像素排列方式和顺序，即RGB像素排列顺序进行的，且生成的立体图中从相同原始2D子图中提取出的像素以竖直方向排列。
这种排列方式简单易行但是容易使水平方向与竖直方向的分辨率变化失衡，当前面加上光栅后产生严重的摩尔条纹［2］，从而影响图像质量。
多视点大尺寸光场真三维显示系统
作品名称：多视点大尺寸光场真三维显示系统大类：科技发明制作B类小类：信息技术简介：本团队针对目前商业化高清晰度真三维显示器缺乏的问题，提出了基于场景渲染和基于光场采集的两种投影图像生成方法，建立了投影光场分析模型，研究了多视光场三维显示技术及光场采集技术，并在此理论基础上研发了一套“多视点大尺寸光场真三维显示系统”及其配套的光场采集系统。
该系统实现了裸眼真三维显示及远程实时三维直播功能，在水平方向上观看与真实物体毫无差异，具有可视角度广、显示尺寸大、成本较低等高实用性特点。
详细介绍：【研究背景】三维显示技术是当今国际信息电子产业的最前沿研究方向之一。
20 世纪40年代以来，人们就提出关于三维显示技术的各种解决方案，并不断尝试制作各种三维显示装置，但是由于种种技术上的限制而未能实现。
90 年代初，激光、电子、计算机等技术的迅速发展，许多国家再次活跃在三维显示技术的相关研究工作中，并获得了相当大的进展。
目前，实现三维显示的技术分为伪三维显示技术和真三维显示技术两种，前者视点数极少，只能通过双目视差形成立体效果，基本没有实现物体的移动视差，这与真实物体的显示存在差异；而后者视点数很多，兼具双目视差与移动视差，观察者在显示装置前移动位置时会观察到物体连续变化的各个角度上的图像，显示效果非常逼真。
更重要的是观察伪三维显示装置时，人眼会存在辐辏和调焦上的矛盾，不仅会加重人眼与大脑的负担，长时间观看还会引起视觉疲劳和头晕不适。
伪三维显示技术包括双目立体显示(立体眼镜)和裸眼3D 电视，而真三维显示技术则主要包括体三维显示技术和全息影像技术。
这些技术目前尚未完善，综合而言主要存在以下方面的不足：1.细节显示效果不佳。
2.难以实现多人同时自由观看：其一是显示尺寸小，观看者需要在很近距离才能观看；其二是视点少、视角窄，对观看者的观看角度、位置限制较多。
一旦观看者偏离规定位置，会产生重影、模糊等现象，严重影响显示效果。
光栅3D显示中超高分辨率合成图像的快速生成方法[发明专利]
![光栅3D显示中超高分辨率合成图像的快速生成方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/ffc497adc850ad02df804148.png)
专利名称：光栅3D显示中超高分辨率合成图像的快速生成方法
专利类型：发明专利
发明人：王琼华,臧尚飞,赵悟翔,张杰
申请号：CN201310716535.4
申请日：20131224
公开号：CN103745448A
公开日：
20140423
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种光栅3D显示中超高分辨率合成图像的快速生成方法。
该方法在GPU的并行架构下，根据光栅的排列方式，计算各个区域中每张视差图像所需渲染像素的索引位置，采用PixelShader(像素着色器)通过分区域渲染拼接快速生成高分辨率的合成图像。
该发明包括三个基本步骤：第一步，计算所需分割的区域阵列和每个区域的大小；第二步，按区域阵列映射视差图像；第三步，分区域渲染并拼接快速生成超高分辨率的合成图像。
申请人：四川大学
地址：610065 四川省成都市武侯区一环路南一段24号
国籍：CN
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一种裸眼3D图案制作方法、制作设备及打印设备[发明专利]
![一种裸眼3D图案制作方法、制作设备及打印设备[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/cc6b3431ad51f01dc281f1f3.png)
专利名称：一种裸眼3D图案制作方法、制作设备及打印设备专利类型：发明专利
发明人：廖飞华
申请号：CN201811097209.9
申请日：20180920
公开号：CN109177558A
公开日：
20190111
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：一种裸眼3D图案制作方法，属于打印技术领域，包括：按照选取的彩色模式，在与待打印材料相同的第一块测试材料上打印测试彩色底图，以及，按照选取的圆点光栅打印模式，在与待打印材料相同的第二块测试材料上打印圆点光栅测试图，将各打印了圆点光栅测试图的第二块测试材料，与各打印了测试彩色图案的第一块测试材料上下叠放，确认3D效果最佳的彩色模式和圆点光栅打印模式的组合，根据确认的圆点光栅打印模式，制作待打印图案的圆点光栅图，以及根据确认的彩色模式，制作待打印图案的彩色底图，根据彩色底图和圆点光栅图，制作待打印图案的裸眼3D图。
上述方法可实现不受材料限制打印立体图案，而且设计图案方案更加多样化，应用更广泛，且打印精度高。
申请人：深圳市汉拓数码有限公司
地址：518000 广东省深圳市龙岗区龙城街道新联社区嶂背工业区园湖路322号第三厂区
国籍：CN
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助视3D显示技术概述
助视3D显示技术概述王琼华;粱栋;宋呈群【期刊名称】《真空电子技术》【年(卷),期】2011(000)005【摘要】助视3D显示是指需要借助于3D眼镜等助视设备才能观看到3D图像的显示方式,它包括分色3D显示、偏振光3D显示和液晶快门3D显示.助视3D显示是目前最成熟的3D显示方式,近几年其相关技术及器件的性能得到了改进和提高.本文将介绍这三种助视3D显示技术.%Glasses-based 3D display is a kind of3D displays which need viewers to wear special glasses to obtain stereoscopic vision. It can be classified into color separation-based 3D display, polarization-based 3D display and liquid crystal shutter-based 3D display. Nowadays it is the most mature 3D display. During recent years, its technologies and devices have made progress. This paper introduces these three types of glasses-based 3D displays.【总页数】5页(P7-10,27)【作者】王琼华;粱栋;宋呈群【作者单位】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家重点学科实验室,四川成都610065【正文语种】中文【中图分类】TN141【相关文献】1.浅谈LED拼接受裸视3D显示技术冲击的影响 [J],2.裸视3D显示技术概述 [J], 王琼华;王爱红;粱栋;邓欢3.华夏视科助“测试线”实现智能化在线检测 [J],4.CQC助神州视翰全力抗击疫情 [J], 陈传禄;林振宁5.北京市红丹丹视障文化服务中心以品牌项目促文化助盲工作健康发展 [J], 北京市红丹丹视障文化服务中心因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
三维立体显示综述
三维立体显示综述
王琼华;王爱红
【期刊名称】《计算机应用》
【年(卷),期】2010(030)003
【摘要】按基本工作原理是否为双目视差将三维立体显示分为两大类.基于双目视差原理的三维立体显示主要有眼镜/头盔式立体显示和光栅式自由立体显示,这类三维立体显示的技术相对成熟并有相应产品;非基于双目视差原理的三维立体显示主要有全息立体显示、集成成像立体显示和体显示等,这类三维立体显示的技术较不成熟,大多没有相应产品.对这些三维立体显示的器件结构、工作原理以及各自的特性进行了阐述.
【总页数】4页(P579-581,588)
【作者】王琼华;王爱红
【作者单位】四川大学,电子信息学院,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,成都,610065;四川大学,电子信息学院,成都,610065
【正文语种】中文
【中图分类】TP391.9;TN141
【相关文献】
1.基于虚拟现实应用环境的三维模型立体显示技术开发 [J], 李晓莹;郝腾飞;赵永强;刘晓;杨元浩
2.基于光场扫描的真三维立体显示系统的开发 [J], 曾崇;郭华龙;曾志宏;赵娟
3.真三维立体显示技术在不动产登记统一平台中的应用研究 [J], 陈育新
4.固态体积式真三维立体显示效果优化 [J], 芦云龙;盛杰超;方勇;吕国强
5.双目立体显示技术在月表形貌三维可视化中的应用∗ [J], 高兴烨;刘建军;任鑫;牟伶俐;李春来
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
自由立体显示拍摄系统中摄像机空间自由度的确定
自由立体显示拍摄系统中摄像机空间自由度的确定张浩;李大海;王琼华;刘曦【摘要】自由立体显示器的立体显示效果与视差图的视差大小及性质密切相关,而视差的大小是受获取视差图时相机的摆放方式影响的.文章提出利用双目相机标定技术求解左右摄像机中心的空间位置关系以及两个摄像机光轴的空间夹角,并通过标定结果不断调节摄像机的位置,从而使两个摄像机光轴达到近似平行,此时获取的视差图就可以保证更好的立体显示效果.通过实验研究得到了两个相机空间夹角允许的变化范围.该研究结果可用于指导自由立体显示器拍摄系统的调节.【期刊名称】《液晶与显示》【年(卷),期】2010(025)002【总页数】5页(P287-291)【关键词】自由立体显示;视差;摄像机标定;图像获取【作者】张浩;李大海;王琼华;刘曦【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,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【正文语种】中文【中图分类】TN873+.93;TN911.74自由立体显示技术[1]已经成为计算机视觉中一个非常引人注意的前沿科技,它真实地再现了场景的三维信息,显示具有立体感的图像。
与传统的立体显示相比,自由立体显示不需要佩戴偏光眼镜,观察者可以同时从事其他事情,行动更加方便;但缺点是视区较窄,串扰比较严重,观看时间过长容易产生视疲劳[2]。
自由立体显示主要由图像获取、图像校正以及图像显示等部分组成。
图像获取是多个具有基本相同参数的相机按一定的空间排列方式放置,对同一场景进行拍摄,所获取的多幅图像称为立体显示的视差图。
视差图的质量对立体显示的效果有很大影响,理想的视差图只存在水平视差,不存在垂直视差,但直接用相机获取的视差图很难达到理想程度。
视差图的获取与相机结构和相机摆放方式密切相关,为了获得更好的视差图,相机放置时需尽量保持光轴平行[3,4]。
面向裸眼3D显示的实时多视角视频采集系统设计
面向裸眼3D显示的实时多视角视频采集系统设计张平;汤勇明;夏军;吴忠【期刊名称】《电子器件》【年(卷),期】2014(000)002【摘要】This paper implements a real-time system for multi-view glass-free 3D video. Its input image is captured by some high definition cameras, then it transfers the data through the net. To obtain the output video with some horizontal view angles, we process these data with decoding, rectification, composition. As the experimental results shows that the camera capturing problems like distortion and image alignment are solved and the real-time full HD video with four view angles realized by the system could be watched immediately on the specific glass-free 3D display.%针对裸眼3D显示屏研究了一种实时多视角视频采集系统。
该系统使用高清网络摄像头阵列进行多视点原始画面拍摄，通过网络传输视频流，视频数据经过解码、矫正、合成等处理后变为具有多个视点(水平方向)的实时视频图像。
实验结果表明，该系统较好地解决了实际拍摄中存在的畸变、图像对齐等问题，实现了实时4个视点(水平方向)的全高清视频输出，能直接在特定的裸眼3D显示器上观看。
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3D显示样品演示
3D显示概述
提
裸眼3D显示技术
纲
川大的部分3D显示成果
主要内容
体3D显示 全息3D显示 集成成像3D显示 光栅3D显示
主要内容
体3D显示 全息3D显示 集成成像3D显示 光栅3D显示
体3D显示-基于旋转屏
优点：视角大（360°）、 真3D显示.
不足：机械结构复杂、数据量巨大、 亮度和分辨率低、安全隐患、 只能显示透明场景、 2D/3D兼容困难.
裸眼3D显示技术
王琼华
四川大学电子信息学院
2016年10月18日，四川大学锦江学院
3D显示概述
提
裸眼3D显示技术
纲
川大的部分3D显示成果
3D显示概述
提
裸眼3D显示技术
纲
川大的部分3D显示成果
信息链
获取 处理
传输
存储 显示
获取信息的80%来自视觉， 显示器是现代人们获取信息的重要途径
显示发展趋势
• 显示时，根据光路可逆原理，微透镜阵列把微图像阵列透 射出的光线聚集还原，从而构建出物体空间场景的3D图像。
集成成像3D显示的特点
优点: 真3D显示，无立体观看视疲劳，超薄屏幕 (可壁挂), 无视距限制，2D/3D兼容性好， 成本低，片源丰富。
不足: 深度、视角、分辨率等性能有待提升，再 现像存在图像串扰与跳变等。
前景：技术较为成熟
投影屏
应用场合有限. 中继 器件
图形卡 及内存
DLP 投影仪
体3D显示-基于层屏
特点：真3D显示，层屏间亮度不均匀、3D图像是
由2D图像切片堆叠而缺乏真实立体感、深 度有限、层屏的驱动电压高.
缓冲设备 投影机
计算机
层屏
驱动器
主要内容
体3D显示 全息3D显示 集成成像3D显示 光栅3D显示
主要内容
体3D显示 全息3D显示 集成成像3D显示 光栅3D显示
• 通常所说的的裸眼3D显示就是光栅3D显示 • 多个视点的光栅3D显示称为多视点3D显示
光栅3D显示器的结构
2D显示屏
3D元件
3D 显 示
分光作用（如柱透镜和狭缝）
将3D眼镜戴到显示屏上
屏
3D元件
光栅3D显示器的原理
2D显示屏 狭缝光栅
光栅3D显示的手机
• 双摄像头，采集3D影像 • 裸眼3D显示功能
光栅3D显示的笔记本
• 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。
光栅3D显示的电视机
裸眼3D显示：不需要佩戴助视设备就能观看到3D影像的3D显示。
3D显示的分类
3D显示
伪3D显示
固有 立体观看 视疲劳？
真3D显示
眼镜 头盔 光栅 集成成像 体3D 全息 光场
佩戴助视设备？
助视3D显示
裸视(裸眼)3D显示
裸眼3D显示：不需要佩戴助视设备就能观看到3D影像的3D显示。
3D显示原理
双目视 差原理
全息3D显示原理
x物光物y Nhomakorabea虚像
参考光
记录介质
再现光
x y
实像
记录介质
记录（光的干涉）
再现（光的衍射）
光学全息显示
计算全息显示
随着计算机计算能力的提高和光电子器件的 发展，计算全息术已成为近些年的研究热点。
计算全息显示
优点：可避开传统光学全息实际记录光路的限制，
计算全息图具有灵活、可重复性等特点。
主要内容
体3D显示 全息3D显示 集成成像3D显示 光栅3D显示
集成成像3D显示的结构
2D显示屏
3D
3D元件
显
成像作用（如微透镜阵列）
示
将图像成像到立体空间
屏
3D元件
集成成像3D显示的原理
微透镜阵列 CCD
显示屏 微透镜阵列
物体
信号传输
3D图像
（a）拍摄
（b）显示
• 拍摄时，微透镜阵列的每个透镜元从不同方向记录物体空 间场景的信息，生成微图像阵列；
向高分辨率大尺寸发展，如显示屏分辨率可达4K和8K
4K：4096×2160 8K：7680×4320
3D显示概述
提
裸眼3D显示技术
纲
川大的部分3D显示成果
常规裸眼光栅3D显示器
3D 电 视 机
3D显示器
3D笔记本
3D手机屏
不足：由于空间光调制器和计算机处理能力的限制，
动态显示比较难以实现。
目标：实现宽视角、高分辨率、真彩色、动态的
全息显示 。
可擦写动态光学全息显示
结构：由脉冲激光全息图记录装置和光折变聚 合材料组成。
全息图记录在光折变聚合材料上，全息图上的任一像 素称为全息素，每一个全息素是由单一激光脉冲记录。
Holographic three-dimensional telepresence using large-area photorefractive polymer, Nature(2010, 2011)
理想无串扰图像
有串扰的的图像
基于液晶狭缝的2D/3D切换显示
L
R
L
R
（a）2D模式
液晶狭缝光栅
平面显示屏 L RLRLR LR
（b）3D模式
基于液晶透镜的2D/3D切换显示
off
（a）2D模式
玻璃基板
ITO on
ITO
玻璃基板
（b）3D模式
光栅3D显示的产品
• 光栅3D显示现在已经开始应用到 手机、电脑和电视机等产品上， 只是规模尚小。
• 2010年被称为3D显示新纪元
• 2012年元旦我国开通3D电视频道 (中央电视台)
黑/白
高分辨率 彩色
平2板D
微显示
可折叠
大大屏屏幕幕
便携
3D显示的概念
3D显示:是指采用光 学、计算机等多种技 术手段来模拟实现人 眼的立体视觉特性， 将空间物体以三维信 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。
3D显示的分类
3D显示
伪3D显示
固有
立体观看
视疲劳？ 真3D显示
眼镜 头盔 光栅 集成成像 体3D 全息 光场
技术成熟，舒适度差
前沿课题，研究重点
3D显示的分类
3D显示
伪3D显示
固有 立体观看 视疲劳？
真3D显示
眼镜 头盔 光栅 集成成像 体3D 全息 光场
佩戴助视设备？
助视3D显示
裸视(裸眼)3D显示
2D显示屏 柱透镜光栅
狭缝光栅3D显示器
观看者
观看者
柱透镜光栅3D显示器
光栅3D显示器的特点
优点: 结构简单、成本低、片源丰富。 不足：固有的立体观看视疲劳。
立体观看视疲劳的生理成因
集合与 调节
不一致 示意图
立体图像
集合距离 调节距离
左图像 右图像
立体观看视疲劳的器件成因
左右视差图像亮度和颜色的差异、垂直视差、 左右图像的串扰以及莫尔条纹等都是产生视疲 劳的原因。