裸视光栅三维立体显示的理论与关键技术

相对电子全息、集成成像、体显示等，光栅三维立体显示是当前裸视三维立体显示中最有潜力推向市场的技术，但其目前的发展状况正如十多年前的液晶显示一样，处于一个亟需在原理和技术上有原创性突破的跨阶段发展期，从根本上解决其性能不佳的问题，以促进其广泛应用。为此，本项目将在已有研究工作基础上，采用光学、光视学、计算机图形学和图像处理相关研究方法，进行光栅三维立体显示的基础理论研究和关键技术攻关，具体包括：建立实际物空间与光栅三维立体显示像空间的数理关系，揭示获得逼真立体显示的内在因素；研究视觉感知的立体视频编码压缩技术，保证立体视频主观质量的同时提高压缩效率；研制全分辨率光栅三维立体显示器，获得与平面显示相当的高清晰度效果；突破实时光栅三维立体显示的关键技术，建立实时立体拍摄与显示系统；阐明光栅三维立体显示性能表征概念，探索双目视差立体观看舒适度机理。取得促进学术和产业发展的理论和技术成果。

本项目对裸视光栅三维（3D）显示的理论与关键技术以及器件与系统进行了研究，取得的主要成果为：（1）发现了左右眼图像串扰也是影响立体观看视疲劳的重要因素，并采用助聚焦光栅和优化子像素排列等措施，大大减弱了裸视光栅3D显示器的立体观看视疲劳。（2） 提出了采用变异算子作为阻尼最小二乘法的阻尼因子的新理论，基于该理论的优化算法轻松跳出局部极值，寻找到透镜的最优设计参数。根据该理论设计研制的裸视3D显示器的清晰度提高了30%，立体感增强了27%。（3）提出了全分辨率多视点裸视3D显示理论，并采用双光栅和投影机阵列进行视差图像排列，建立了实验系统，验证了理论的正确性，为高分辨率裸视3D显示器的研制提供了技术途径。（4）突破了柱透镜光栅与2D显示屏精密装配和子像素排列等核心技术，成功研制出2.2-55英寸不同规格的柱透镜裸视光栅3D显示器。观看者在不戴立体眼镜或头盔的情况下可观看到浮出显示屏外、伸向显示屏里、悬在空中的立体场景。（5）突破实时视差图像合成技术，研制了实时裸视3D显示系统，其显示帧率为30帧/秒，可用于3D电视实况转播等。（6）采用投影机阵列和裸视3D投影显示屏研制了前投式裸视3D投影显示系统，实现了3D分辨率高达1024×768，屏幕尺寸为60英寸的裸眼3Ｄ显示效果。（7）提出并研制了基于倾斜微图像阵列的集成成像3D显示器。通过综合考虑彩色莫尔条纹减小和倾斜图像元有效像素的排布统一，求解出最优的倾斜角度。研制的3D PAD样机没有彩色摩尔条纹，且3D图像的清晰度较好。