基于集成成像系统非匹配参数设计方法提升系统显示性能的研究

摘要

三维显示技术因其能够对空间的深度信息进行展现，可以大幅提升人类对真实世界场景的感知，所以备受关注。在目前现有的几大类三维显示技术中，集成成像因其与二维平面显示技术的紧密联系而被视为极具应用前景的技术之一。伴随着近些年来显示器件和光学微加工技术的发展，为了改善包括视场角、分辨率和再现深度在内的集成成像系统的显示参数以及提升显示性能的研究取得了较大的进展，已经突破了经典集成成像系统各系统参数完全对称相等的限制，但是这些以实验性研究居多的集成成像研究缺少对于现代集成成像系统深入的理论分析，不利于集成成像技术显示参数的提升，评价标准的研发和未来的发展。
　　 本文针对上述问题，提出了一种基于同源点相对位置差的集成成像系统非匹配参数设计方法。该方法建立了集成成像各系统参数之间的定量关系，基于该方法并结合人眼参数的相关考虑，分析并解决了集成成像系统的串扰现象，提升了系统的视场角等系统显示效果。具体研究内容包括：⑴提出了集成成像系统非匹配参数设计方法的相关理论，基于同源点相对位置差建立了集成成像记录阶段和显示阶段各个系统参数之间的定量关系，定量分析了其性能参数，通过与经典集成成像系统的对比，论述了该理论的优越性，以及非匹配参数设计方法对于集成成像技术发展的应用前景；⑵分析了三维集成成像显示系统中串扰现象和信息丢失现象的成因，把人眼纳入到集成成像系统的整体考虑之中，指出了上述两种现象和观察距离之间的密切关系，提出了集成成像可调谐观察区域以及舒适度预留区域，结合集成成像系统非匹配参数设计方法的相关理论，提出了集成成像非匹配无串扰系统的设计方法，通过合理调整观察距离消除了串扰现象和信息丢失现象，相关的光学实验证明了该研究工作可以显著提高系统的观看效果和用户体验；⑶基于集成成像系统非匹配参数设计方法，提出合理配置元素图像阵列和透镜阵列尺寸比提高系统视场角的方法，分析了视场角与元素图像阵列和透镜阵列尺寸比之间的函数关系，提出了集成成像的集成判别标准，通过Matlab软件进行了数值模拟，并利用3Ds Max软件全程模拟了集成成像系统的记录阶段和显示阶段，验证了理论和数值模拟分析的正确性，相关的光学实验同样验证了该方法的有效性；

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

第一节 集成成像的原理概述

1.1.1 三维成像技术概述

1.2.1 集成成像的原理特点

第二节 集成成像显示性能的国内外研究概况

1.2.1 现代集成成像系统的国内外研究概况

1.2.2 基于研究现状存在的问题

第三节 本论文的主要研究内容和创新点

第二章 集成成像系统非匹配参数设计方法的原理

第一节 经典集成成像系统--匹配系统的原理

2.1.1 记录阶段

2.1.2 显示阶段

2.1.3 匹配系统的显示性能

第二节 集成成像系统非匹配参数设计方法的原理

2.2.1 记录阶段

2.2.2 显示阶段

2.2.3 基于集成成像系统非匹配参数设计方法的显示性能的表征

第三节 集成成像系统非匹配参数设计方法的应用前景

第三章 基于集成成像非匹配系统设计方法的可调节观察区域的研究

第一节 集成成像串扰现象的成因

3.1.1 串扰现象概述

3.1.2 复合元素再现系统(Eye-Combined Elemental Reconstruction System，ECERS)

3.1.3 实像再现情况下串扰现象的分析

3.1.4 虚像再现情况下串扰现象的分析

第二节 集成成像系统的可调谐观察区域

3.2.1 可调谐观察区域的必要性

3.2.2 舒适度预留区域

第三节 基于可调谐观察区域的无串扰集成成像系统设计

3.3.1 基于可调谐观察区域(TVS)的无串扰设计方法

3.3.2 光学实验平台和光学实验结果分析

第四章 基于集成成像非匹配系统设计方法提高系统视场角的研究

第一节 基于集成成像非匹配系统设计方法提高系统视场角

4.1.1 基本原理

4.1.2 基于集成成像系统非匹配参数系统设计方法的视场角表达

4.1.3 数值分析

第二节 基于集成成像非匹配系统设计方法的集成判别标准及模拟实验验证

4.2.1 集成判别标准

4.2.2 模拟实验再现

第三节 基于集成成像非匹配系统设计方法提高系统视场角的光学实验研究

4.3.1 光学实验系统

4.3.2 光学实验结果及分析

第五章 结论和展望

参考文献

致谢

个人简历及在学期间发表的学术论文与研究成果