透镜（针孔）阵列的光学特性与显示机理研究

发布时间：2020-08-07 02:37

【摘要】：集成立体成像作为一种新兴的裸眼3D显示技术,具有观看无视觉疲劳且不需辅助设备等优点。该技术已经广泛应用于小场景的采集和重构过程中,而在大场景下的应用很少。LED大屏幕具有寿命长、亮度高以及拼接方便等优点,使用LED大屏幕作为显示设备便于大场景下的集成立体成像显示系统搭建。但是基于LED大屏幕的集成立体成像显示系统的再现像质量还不能满足观看的需求,极大地限制了LED大屏幕集成立体成像技术的发展。为了提高再现像的再现深度,将凹凸透镜应用到了集成立体成像显示系统中。使用增大的元素图像阵列实现再现像视场角的拓展。具体研究内容如下:在实验和仿真的过程中,使用透镜/针孔阵列先滤除透镜阵列间隙的杂散光。为了提高基于LED大屏幕的集成立体成像显示系统再现像的再现深度,通过研究透镜参数与再现深度之间的关系,设计出一种使用凹凸透镜组成的透镜阵列作为光学元件的集成立体成像显示系统,仿真分析不同形状透镜对单个像素点相邻透镜的串扰分布以及对字母模型的采集重构过程的影响。实验结果表明:凹凸透镜可以保证在分辨率不变的前提下,进一步增大再现像的再现深度,在重构过程中,能够有效降低像素间的串扰对再现像重构质量的影响,提高成像质量。为了扩大显示系统再现像的视场角,根据其主要的影响参数,提出了一种通过增大元素图像的图像尺寸作为新的元素图像,利用LED大屏幕高速刷新的特性并结合时分复用的方法,利用人眼的视觉暂留现象,使得重构在成像空间内的再现像得到拓展。使用搭建好的LED大屏幕集成立体成像显示系统对采集的元素图像进行重构并分析,结果表明:使用本文所提方法得到的再现像更加色彩更加饱满,相比于传统集成立体成像显示系统,视场角拓展了1.36倍,其不需要额外的光学器件。通过上述两种方法,提高了基于LED大屏幕的集成立体成像显示系统的性能指标,没有额外的复杂结构,更有利于促进其大范围推广。
【学位授予单位】：长春理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP391.41;TN873
【图文】：

相机,元素,图像,阵列

图 2.4 相机与相机阵列采集元素图像.2 软件采集使用软件对元素图像进行采集，最常用的软件有 3DSmax 和 Maya，两个软件odesk 公司出品的动画制作软件[43]。使用 3DSmax 软件采集元素图像大多是采，例如玩偶或者字母模型等小物件采集。本文中采集的元素图像均是使用 3D采集到的。使用 3DSmax 软件采集元素图像的方法很简单。在拍摄场景时，摄的物体放置在物空间并摆放完成后，插入自由相机进行拍摄，拍摄时相机个二维平面上移动，单个相机一次只能拍摄一张图片，但是拍摄元素图像不与元素图像数量相同的相机同时拍摄，可以使用 3DSmax 的脚本文件，通过文件使单个相机在二维的平面内做规律的运动，直至拍摄完每一张元素图像件对场景进行拍摄，不存在透镜的质量不佳导致的图像质量问题，在对场景视角的图像采集过程中，相机的位置摆放更加准确，相机的镜头等参数不存在元素图像的采集过程中，使用软件采集元素图像，单个元素图像的像素点可的图片没有外界光线等的影响，采集到的图片更加清晰，可以比较元素图像

操作界面,元素,图像,不同参数

图 2.5 3DSmax 操作界面与采集到的元素图像.3 计算机合成计算机生成手段作为另一种元素图像阵列的主要获取方式，近些年来提出很。基于不同微透镜阵列参数的集成立体成像元素图像生成方法，提高了已采集像的可利用率，使用同一幅元素图像可以生成供不同参数透镜使用的新元素图过分析不同透镜阵列的参数，根据虚拟显示和虚拟拍摄两个过程的像素映射算导出不同参数透镜下元素图像中像素点的关系，根据像素映射算法可以由原始

原理图,发散角,原理图,再现像

使用小发散角进行拓展再现深度的再现像光斑maxS 度由成像空间内的像光斑的大小决定。在保证成像空发散角θ作为元素图像上像素点出射光线的角度，在斑大小与不使用小发散角拓展再现像的再现深度时的的集成立体成像显示系统的再现像的边界平面一侧扩P 平面都得到扩大，即再现像的再现深度增大。

【参考文献】