激光三維顯示中散斑抑制及散斑測量.pdf

1、伴隨著激光技術、液晶技術等的迅速發(fā)展，顯示技術的發(fā)展也是日新月異。激光顯示、三維顯示已經成為現在顯示中重要的研究方向。然而這些顯示技術本身依舊存在著諸多問題，諸如激光散斑嚴重限制成像質量、三維顯示裸眼顯示串擾嚴重、片源偏少等嚴重制約著這些技術在市場上的推廣。本文以激光顯示為主線，建立了激光顯示系統(tǒng)中的散斑模型，研究了光源的統(tǒng)計特性對散斑性質的影響，分析了直接投影式激光顯示系統(tǒng)中散斑的特點，并針對這些特點研究了振動式和非振動式散斑抑制方案

2、。散斑測量是研究散斑抑制、散斑追蹤重要的實現手段，但并沒有被系統(tǒng)的研究分析過，本文實驗分析了測量儀器參數對散斑測量的影響，并對拍攝到的散斑圖樣進行處理，降低噪聲。三維顯示中裸眼顯示是立體顯示的發(fā)展趨勢，多視角立體顯示在降低圖樣串擾、提升圖像立體感方面有著獨到的優(yōu)勢，但是片源稀少成為發(fā)展的瓶頸，基于此本文研制了一種雙視角圖樣轉換成多視角圖樣算法。為了滿足家庭應用立體顯示的需求，我們開發(fā)了一套激光單投影偏振旋轉立體顯示系統(tǒng)。
　　

3、本論文的主要研究工作概述如下:
　　 1.詳細闡述了激光散斑理論，介紹并歸納了激光散斑的統(tǒng)計特性，分析了光源時間相干性和空間相干性對散斑性質的影響。通過理論模擬驗證了空間相干對散斑抑制的效果:當兩束非相干光源之間的夾角正弦值大于成像系統(tǒng)的數值孔徑時，兩光源之間的相干性最低。分析了散斑與投影面的依賴關系，通過理論和實驗證明，散斑對比度大小與散射體的厚度成反比，當投影屏幕厚度到0.5cm時，對比度由0.25下降到0.15。
　

4、　 2.分析了直接投影式激光投影系統(tǒng)中散斑的特性，歸納總結了目前常見的散斑抑制方案。推導出使用漫射體抑制散斑時，散斑對比度的大小與照射在漫射體上的光斑大小的平方根成反比。在此基礎上，針對于大型投影系統(tǒng)提出利用壓電陶瓷和介電彈性調節(jié)器振動位相片來進行散斑抑制，可以將散斑對比度分別抑制到0.06和0.1，完全滿足觀眾觀看時對圖像質量的要求;針對于小型投影系統(tǒng)，提出采用電控聚合物分散液晶和液晶改變空間光偏振態(tài)的方案進行散斑抑制，進行理論計算

5、和實驗驗證，可以將對比度抑制為原先的60％，能夠作為現有散斑抑制方案的一種有力補充。綜合上述幾種散斑抑制方案，可以將對比度最終抑制到0.04以下，實現人眼觀察激光光源圖樣時觀看不到散斑圖樣。
　　 3.為了解決散斑測量沒有一個通用標準的問題，對測量儀器的參數（如f數、距離、角度、積分時間、離焦程度)與對比度之間的關系通過實驗進行量化。分析人眼的獨特結構以及會對散斑觀察造成的影響，并通過Zemax進行模擬驗證。然后搭建了一套模擬人

6、眼結構的散斑測量系統(tǒng)以期對散斑進行標準化測量。對拍攝到的散斑圖樣進行算法處理:包括利用傅里葉變換去除拍攝過程中由于空間光調制器產生的周期性結構噪聲，拍攝用彩色CCD引入的插值噪聲的處理。并提出一種新型的散斑對比度計算方案:利用彩色CCD所拍攝到的濾色片后真實的色彩值來計算散斑對比度，并通過實驗驗證。而且提出一個新的物理量:對比度噪聲比來表征散斑圖樣中圖像的清晰度。
　　 4.詳細介紹了裸眼立體顯示和佩戴眼鏡式立體顯示的工作原理，

7、分析了多視角裸眼立體顯示系統(tǒng)相對于兩視角立體顯示系統(tǒng)在降低串擾、增強深度感等方面的優(yōu)勢。對于目前多視角立體顯示片源匱乏的現狀，詳細研究了SIFT算法的工作機理，在此基礎上提出了利用SIFT算法和深度計算算法來插值重建出多視角的視差圖樣，實現了兩視角立體圖樣轉換為多視角立體圖樣的算法。針對于家庭用立體顯示系統(tǒng)，搭建了一套激光光源的、液晶偏振單投立體顯示系統(tǒng)，對于系統(tǒng)中的關鍵器件如液晶偏振器、背投屏幕進行分析，并對存在的問題提出了理論解決方

8、案，以期在下一階段的工作中加以改進完善。
　　 本文的創(chuàng)新點主要包括:
　　 1.提出了利用壓電陶瓷、介電彈性調節(jié)器、電控聚合物分散液晶和控制液晶相位變化等進行散斑抑制的方案并進行實驗驗證，實驗得出了散斑抑制的效果、所采用液晶性質的要求、設計的改進之處等，為下一步的實驗改進提供了依據。
　　 2.模擬了人眼系統(tǒng)對散斑觀察的影響，實驗研究了測量儀器參數對散斑對比度的影響，搭建了一套模擬人眼的散斑測量系統(tǒng)用于測量。對

9、拍攝到的散斑圖樣進行去噪聲處理，去除了存在的空間噪聲和顏色噪聲，對彩色散斑測量中濾色片對散斑的影響進行分析，并提出了一種新型彩色散斑對比度計算方法。
　　 3.提出了雙視角立體圖樣轉化為多視角立體圖樣的算法，部分解決目前多視角立體圖樣匱乏的問題;搭建了一套激光光源的、液晶偏振單投立體顯示系統(tǒng)。分析了激光直接投影式顯示系統(tǒng)散斑的形成機理，對于光源的位置、光斑照射在漫射體上的大小以及投影屏幕的性質對散斑的影響進行了理論推導并進行了實