无屏投影集成成像三维显示系统的研究

摘要

集成成像作为一种裸眼真三维显示技术，具有连续视角、视觉疲劳小以及无需辅助器件等优点，已经成为目前三维显示领域的研究热点之一。但在现有的集成成像三维显示技术中，仍存在再现深度小、视场角小和成像范围有限等诸多缺陷，无法满足三维显示在实际应用的需要。
　　针对上述问题，本文提出了一种新的基于无屏投影的集成成像三维显示技术。对无屏投影集成成像三维显示技术的原理进行了深入的理论分析。分析结果表明无屏投影集成成像三维显示技术相比于传统的集成成像三维显示技术，其再现像的参数均有大幅提升。并在上述理论分析的基础上，提出了提高再现像品质的方法。主要创新性工作如下:
　　1.深入分析了无屏投影集成成像三维显示的情况下，元素图像阵列上各个像素点的定向出射光线柬的出射角度和发散角度。以及在定向光束的情况下，集成成像显示技术的集成原理。得到了集成成像三维显示系统参数和再现像品质之间的关系。并基于该原理提出了一种新的无屏投影凹透镜阵列集成成像三维显示系统。
　　2.提出了两种集成成像三维显示再现像的再现深度的拓展方法。分别是基于扩散角控制的凸透镜阵列集成像三维显示系统的再现深度的拓展方法以及基于凹透镜阵列的集成成像三维显示系统的再现深度的拓展方法。光学实验结果显示，我们所提的这两种方法能够将再现深度拓展到传统方法的6.4倍和17.5倍。
　　3.利用无屏投影集成成像三维显示系统的特性，提出了一种基于空间复用技术的集成成像三维显示系统的视场角的拓展方法。该方法利用无屏投影的特性，将多级元素图像阵列投射到空间中指定位置，从而实现了集成成像三维显示像再现视场角的拓展。光学实验结果显示，该方法能够将视场角拓展到传统方法的2.92倍。
　　4.进行了连续像空间集成成像三维显示系统的研究，提出了一种虚像模式下实像和虚像同时再现的技术。这种实虚像同时再现的方法能够有效的缩减传统显示技术中实像和虚像间存在的2倍焦距宽度的间隙。从而将被间隙分开的实像空间和虚像空间从新接合在一起，从而实现成像空间的有效利用和维持了再现像的连续性。光学实验结果显示，我们所提的方法将间隙的宽度减小到传统宽度的45％。