狭缝光栅式裸眼3D显示沙盘的研究和制备

摘要

裸眼 3D 显示技术因为具有两个特点成为 3D 显示技术的一个主要的研究方向：一个特点是它能使立体图像的观看者摆脱辅助设备的约束，另一个是让观看者在较大角度内的多个视点上自由地观看到立体图像。在博物馆、科技馆和房地产楼盘展示等应用场所中采用高清晰的立体图像来代替实物进行展览，能大大减少展览活动的成本。因此将裸眼3D显示技术运用到物品展览领域能产生巨大的经济价值。本文针对物品展览应用进行狭缝光栅式裸眼3D显示沙盘的研究。 本文完成了狭缝光栅式裸眼 3D 显示沙盘的光栅的研究和实现了原型机的制备。本论文的创新点在于研究出了狭缝光栅式裸眼 3D 显示沙盘的光栅的设计方案，可以消除传统的狭缝光栅式裸眼3D显示器在人眼水平观察倾斜放置时观看到的串扰现象，并在此基础上实现原型机的制备。 论文主要内容为： 1.本文首先研究与裸眼3D显示技术的相关的双目视差原理，还分析了传统的柱透镜和狭缝光栅式裸眼 3D 显示器的光学模型，给出了传统的狭缝光栅式裸眼3D显示器的光学模型中的各个参数之间的关系。 2.研究了人眼水平观看倾斜一定角度θ放置的传统的狭缝光栅式裸眼3D显示器观看到的串扰图像现象，并通过对串扰图像分析得到其形成原因，根据串扰形成的原因提出了消除串扰的方法。 3.根据提出的消除人眼水平观察倾斜放置的传统的狭缝光栅式裸眼3D显示器观看到的串扰图像的方法提出了狭缝光栅式裸眼3D显示沙盘的光栅的设计方案，并推导出了狭缝光栅式裸眼3D显示沙盘的倾斜角θ、玻璃基板厚度与最佳观看距离三者之间的关系和狭缝光栅的各个部分的狭缝宽度的计算公式。并且用tracepro7.0对提出的狭缝光栅式裸眼3D显示沙盘的光栅的设计方案进行了验证，证明了本文提出的光栅的设计方案是可行的。并对完成制备的原型机进行了测试，证明了原型机能够实现无串扰的立体图像的显示。 4.根据适用于狭缝光栅式裸眼3D显示沙盘的3D视频片源播放要求设计出了基于FPGA的视频处理电路，用以实现左右格式和上下格式的3D视频片源转换为显示器需要的3D视频格式。并利用FPGA完成图像子像素跟随人眼水平位置的变化而进行的移动，以通过子像素移动减小人眼位置变化时观看到的图像串扰。

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ABSTRACT

第一章 绪 论

1.1概述

1.2 裸眼3D显示技术

1.2.1裸眼3D显示技术的起源和发展

1.2.2 裸眼3D技术的分类

1.2.3 裸眼3D技术的应用

1.3本论文的主要研究内容和结构安排

第二章 立体显示相关原理

2.1 双目视觉原理

2.2 双眼视差的深度感知原理

2.3 立体显示器的立体效果

2.4 3D视频片源介绍

2.5 现行的光栅式自由立体显示

2.6 本章小结

第三章 裸眼3D显示沙盘的光栅的研究

3.1 观察倾斜条件下的传统狭缝光栅式3D显示器的串扰及其分析

3.2 观察倾斜条件下的狭缝光栅式裸眼立体显示器解决串扰的方法

3.3 狭缝光栅式裸眼3D显示沙盘的光学几何模型

3.3.1 狭缝光栅式裸眼3D显示沙盘的研究方案

3.3.2 狭缝光栅式裸眼3D显示沙盘的倾斜角θ

3.3.3 狭缝光栅式裸眼3D显示沙盘的光栅的光学模型

3.3.4 裸眼3D显示沙盘的光栅的参数计算与基于tracepro的仿真验证

3.4 倾斜30 角放置的狭缝光栅式裸眼立体显示沙盘的制备与测试

3.4.1原型机的制备

3.4.2 原型机的测试与分析

3.5 本章小结

第四章 基于FPGA的视频处理系统的研究

4.1 FPGA视频处理硬件电路的总体结构

4.1.1 搭建视频处理系统电路的平台的选择

4.1.2 视频处理系统的需实现功能

4.1.3 电路系统的设计

4.2 Cyclone(Ⅲ)系列的FPGA芯片特点

4.3.1 左右格式视频的转换原理

4.3.2 FPGA电路的设计

4.3.3 LVDS输出模块

4.3.4 LVDS输出模块

4.3.5 数据存储模块

4.3.6 FPGA软件处理流程

4.4.1 上下格式视频的转换原理

4.4.2 FPGA电路的设计

4.4.3 SDRAM芯片及其基本控制方法

4.4.4 FPGA软件处理流程

4.5.1 子像素移动的原理

4.5.2 利用FPGA实现子像素移动

4.6系统实现

4.7 原型机的图像分离功能的测试

4.8 本章小结

第五章 全文总结与展望

5.1 全文总结

5.2 研究展望

致 谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果