高密度小间距LED集成成像显示系统关键技术研究

发布时间：2020-05-21 09:28

【摘要】：真三维视频获取与大屏幕显示已成为未来立体影像发展的终极目标。集成成像技术由于能够再现具有连续视差、色彩鲜艳、真实的立体场景,已成为当今研究的热点,但如何获取立体元图像阵列、实现高清大屏幕显示并有效的评价系统性能已成为集成成像发展的关键所在。本文围绕高密度小间距LED集成成像显示系统关键技术展开研究,主要创新性研究工作内容如下:1.基于集成成像的高效内容生成算法针对立体元图像阵列的分辨率较高时,计算量大、渲染时间长,提出窗截取的立体元图像阵列快速生成方法。根据透镜阵列结构和显示平台光学参数建立光信息的采集模型,采用平行光线追踪渲染,计算得出物体在采集平面的投影,即物体对应每个虚拟透镜元中的视点图像。利用窗函数将计算的视点图像根据透镜元的形状进行裁剪拼接,生成对应的立体元图像阵列。在高保真度的前提下,提高渲染效率。改变窗函数可以生成任意孔径任意排列结构的透镜阵列所需的立体元图像阵列。针对集成成像系统中立体元图像阵列的记录和显示时观看的方向相反,使立体图像与真实物体空间深度信息相反,提出基于参考平面的无深度反转立体元图像阵列生成法。通过分析观看平面与参考平面的对应关系,建立光学映射及像素匹配模型,反向投影计算多种透镜阵列所需的无深度反转的立体元图像阵列。改变参考平面位置可以实现实像、虚像、虚实共同显示等多种显示模式,提升立体显示效果。针对计算机虚拟采集无法获取真实场景的立体元图像,提出虚实融合立体元图像阵列生成法。建立真实物体的三维模型并与虚拟模型融合,利用光线追踪渲染生成虚实融合的立体元图像阵列。既丰富了场景内容,又可避免透镜阵列直接采集视角小或相机阵列采集间隔大、视差不连续等问题。2.集成成像显示系统构建与透镜阵列光学参数匹配及优化提出了集成成像显示系统总体构建方案及光学参数优化方法。大尺寸、高分辨率的显示设备和与之光学匹配的透镜阵列是实现集成成像大屏幕显示的关键。高精密倒装Mini LED芯片的出现,使LED显示屏的象素点间距缩小,也使LED显示应用于集成成像显示系统的技术瓶颈得以突破,同时LED显示的色域、亮度、视角、刷新频率、使用范围等均优于LCD和投影仪,本文提出将像素点间距1.25mm的LED显示模组与单元透镜阵列光学参数优化匹配,作为集成成像显示单元,构建高密度小间距LED集成成像显示系统。高密度小间距LED显示模组可以通过无缝拼接实现大屏幕显示;单元透镜阵列的优化光学参数匹配解决了无法制作大尺寸透镜阵列以及光学校正复杂的难题。根据显示场地需求,将一定数量的集成成像显示单元组合可实现平面、弧形等多种大屏幕立体显示。为探索有限信息带宽下,提高集成成像显示系统性能的有效方式,设计了具有不同内切圆直径的圆形、方形和六边透镜阵列。实验结果表明,本文搭建的不同孔径高密度小间距LED集成成像显示系统,可以重建具有近似连续水平及垂直视差、色彩鲜艳、效果逼真的立体图像。通过对比不同透镜阵列的成像效果可以看出,填充率和采样率较高的六边形透镜阵列重建的立体图像更清晰。3.集成成像显示系统评价模型通常用来评价集成成像系统性能的函数是在假定立体图像的水平和垂直分辨率相同的情况下提出的,所以只适用于正方形透镜阵列。本文提出了使用不同孔径透镜阵列的集成成像系统性能评价模型,分析了透镜元的形状、大小、排列结构及透镜阵列的填充率、采样率和衍射与立体像点的对应关系。量化分析了不同透镜阵列对系统性能的影响。为了验证量化结果的正确性,提出利用不同深度平面重建图像质量波动性衡量立体图像质量的客观评价方法。实验通过主客观两种方式对比了本文设计的三种不同透镜阵列的成像效果,结果表明六边形透镜阵列的显示效果最好,这一结论与主观评价结果一致。
【图文】：

第1章 绪论背景及意义人类获取自然信息的重要感官，而图像是承载信息的技术的不断发展，传统二维平面图像显示已经不能满体显示设备应运而生。立体电视、立体眼镜、立体显觉带来了新的体验。然而，目前这些显示设备显示出缺乏物体的深度信息，观众需要根据生活中积累的视体的空间位置关系，长时间观看会产生不适感[1,2]。显对立体视觉体验的要求。显示被国内外专家认为是未来显示技术发展的终极目热点。在国家“十三五”规划中的国家重点研发计划定会成为未来国家显示技术发展的重要方向，如图 1.

图 1.2 三维显示技术分类3.1 双目视差三维显示人眼在观察景物时，由于两眼间存在一定距离导致左右眼视网膜上形视觉图像略有不同，同一物点在左、右视觉图像中所成的像点位置不同个视觉差异就是双目视差。物体距离人眼越近，形成的双目视差越大。根据左、右眼的视差图像进行分析处理，就可以识别场景中不同物体的关系，进而形成立体视觉。基于这一原理，双目视差立体显示只需为观的双眼分别提供不同的视差图像，通过光学等技术使得左眼只看到左视像，右眼只看到右视差图像，在大脑的融合作用下，就可以感知到立体。根据视差图像分光方式的不同，，双目视差立体显示分为助视三维显示栅三维显示。(1) 助视三维显示助视三维显示需要佩戴眼镜、头盔等辅助设备将视差图像分光从而完左、右眼的匹配，如图 1.3 所示。根据原理不同又可分为分色三维显示[67
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN27;TP391.41

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本文编号：2674067