斜向观察条件下裸眼3D的图像补偿技术研究

摘要

为了摆脱传统3D显示中辅助眼镜的束缚，自由立体显示（俗称裸眼3D）应运而生。其中又以光栅式自由立体显示技术发展最为迅速，但是在传统光栅式自由立体显示中，用户的头部的移动会致使用户双眼位置移动到最佳视点外，此时用户左右眼所观察到的立体图像将会出现严重的串扰,甚至左右眼图像反转，给用户的观看带来极大的不便。
　　围绕上述问题，本论文以减小甚至消除光栅式自由立体显示的串扰为主要研究目的，对串扰产生的过程以及相应的原因从各个方面进行了分析，并且在制备的光栅式自由立体显示器基础上，实现了本文所提出的串扰图像的补偿技术，从而实现减小甚至消除串扰的目的。主要内容为：
　　1．本文从人眼结构及其成像原理出发，研究了人眼感知图像立体深度信息的双目视差原理，以及利用人眼双目视差原理实现3D立体显示的所必备的条件；2．研究了柱透镜及狭缝光栅式自由立体显示的显示原理，并且给出了模型各显示参数之间的关系。着重分析人眼移动过程中图像串扰产生的原因，根据串扰的定义，在matlab中建立了串扰模型，并对串扰的空间分布进行了计算与推导；3．本文在针对单用户使用的跟踪式自由立体显示的基础上，提出斜向观察条件下裸眼3D的图像补偿技术，即采用移动图像子像素以减小用户头部移动过程中产生的串扰的显示方法，该方法的要点在于通过跟踪人眼位置，相应地移动图像的RGB子像素，实现视点物理位置的相对改变，从而修正头部移动移动过程中左右眼图像之间的关系。并且分别利用 matlab以及 tracepro对采用移动子像素方法后串扰的空间分布和视点位置的移动进行了计算及仿真验证，证明了本文提出方法不仅可以实现视点位置的移动，并且将设计观看距离上串扰小于10％的区域由10%扩大到60%，且最大串扰不超过16.7%；4．在根据上述原理参数研制出的光栅式自由立体显示器的基础上，搭建出基于FPGA的视频处理硬件平台，将普通3D视频片源转化为显示器所需3D视频片源，不仅实现了裸眼3D显示，并且利用FPGA实现了接收人眼空间位置进行相应的子像素移动，验证了本文提出的移动子像素以减小串扰的图像补偿技术对图像串扰改善的有效性。

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第一章 绪 论

1.1概述

1.2立体显示技术的发展历史

1.3立体显示技术的国内外发展现状

1.4本论文主要研究内容与结构安排

第二章 光栅式自由立体显示原理

2.1人眼双目视觉原理

2.2双眼视差的深度感知原理

2.3显示器的立体感及其立体显示条件

2.4立体视频片源介绍

2.5现行的光栅式自由立体显示

2.6本章小结

第三章 斜向观察条件下裸眼3D图像串扰的研究及解决方案

3.1斜向观察条件下光栅式自由立体显示的串扰

3.2解决串扰的眼部跟踪式自由立体显示

3.3斜向观察条件下解决串扰的图像补偿方案

3.4方案设计与模型参数计算

3.5基于蒙特卡洛计算的tacepro仿真验证

3.6 本章小结

第四章 串扰图像补偿技术的FPGA硬件设计

4.1 狭缝光栅式自由立体显示原型机的制备与测试

4.2 FPGA视频处理硬件电路的总体结构

4.3 LVDS接口及接收发送芯片的选择

4.4 SDRAM芯片及其基本控制方法

4.5 FPGA芯片及其基本结构

4.6 本章小结

第五章 串扰图像补偿技术的FPGA软件设计

5.1 FPGA基本开发流程

5.2 FPGA常用设计思想与技巧

5.3 左右格式转列交错格式

5.4 上下格式转列交错格式

5.5 子像素移动的FPGA实现

5.6 子像素移动对视点的影响

5.7 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 工作总结

6.2研究展望

致谢

参考文献

硕期间取得的研究成果