基于双眼视差的裸眼三维显示

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1、基于双眼视差的裸眼三维显示摘要:裸眼立体显示系统最早是Ives在20世纪初提出的，基本思想是将要观测图像分为左右眼图，在图像前面有狭缝挡板遮挡，在一幅准备好的包含左右眼视区的图像前放置一块垂直的开着狭缝的挡板，当挡板位置正确时，每个眼只能看到确定的条纹，而别的条纹会被挡板挡住导致无法看到，从而形成左右视差。这样双眼观察到不同的图像，脑中将会形成立体景象。但是利用挡板等设施往往会减少观察者所能观察到的光线强度，使得亮度下降，分辨率也不如正常的电视。美国DTI(DimensionsTechnologiesInc)公司与夏普公司均利用光栅分别推出自己的立体显示器。人眼能够有三

2、维立体视觉，其原因很多其中最重要的因素是视差的存在。视差分为双眼视差和运动视差两种。双眼视差是指两眼在观察同一事物时所获得的图像存在的微小差异，运动视差是指移动头部所看到的物体的不同侧面。自从Wheatstone通过世界上第一台立体显示装置证明了视差与深度信息之间的联系后，研究者们在通过显示装置再现立体图像方面投入了大量精力，提出并发展了一系列的立体显示装置。数字技术的发展带动了信息时代的到来，同时也带动了军事、勘测、遥感、遥控、医学以及艺术娱乐等领域对于三维立体图像的迫切需要，而相关技术的发展也给高精度立体显示装置提供了可能。在发达国家，如美国、日本等，立体显示技术的

3、研究由来已久，已经有一些成熟的产品问世，美国空军计划为新一代战机装备一种多功能液晶显示器，可以选择平面或立体显示方式，当选用立体显示方式时可以显示地形的立体图像，并可以从不同角度观察敌方周围环境。日本的夏普公司更是已经有民用的立体液晶显示器上市，索尼、三星等公司也计划在近期推出自己的立体显示器。目前，自由立体显示主要有全息立体技术、平板显示、体立体与立体投影技术等几种，其中全息立体技术是研究历史最长最成熟的立体技术，但是由于全息图像的色散问题使得难以做出一幅全彩色的立体图像，而平板显示与体立体技术由于现有技术条件的限制很难实现大屏幕显示。立体投影的实现方式有全息投影、菲

4、涅尔透镜投影和双柱面光栅投影等。其中，双柱面光栅投影立体投影系统利用了成熟的大屏幕投影技术，可以比较方便地实现大幅面的全彩色立体图像，因而受到了广泛重视。1995年日本的NHK率先推出了一套双视点的立体投影显示系统，1997年，德国柏林的CybertronGmbH公司展出了一台单视点立体投影显示器，利用头部跟踪的办法实现了宽视角。2004年剑桥大学的三菱电子研究所用投影机阵列设计出了多视点的自由立体投影电视系统，但是其结构庞大，造价极高，还远不能达到产品化的要求。早期采用的立体成像方法早期产生立体图像的方法主要有偏振光成像法和色分成像法。偏振光成像法是利用偏振镜对光的偏

5、振作用，将两组同步的图像以互相垂直的偏振光投影出来，观看时戴上相应的偏振光眼镜，含有像差的偏振方向不同的两个同步像就分别进入左、右眼，从而在人的大脑中产生立体效果。色分成像法即互补色（比如绿色和红色）法，使送到左眼的图像只有品红色，送到右眼的图像只有绿色，然后戴上红绿互补色眼镜就可以看到立体图像［2］。以上技术主要用于立体电影欣赏，而且这两种技术都需要佩戴特殊的眼镜。随着计算机技术的发展，使平面图像再现三维立体的技术也得到了突飞猛进发展，用柱镜光栅成像法使用立体相机拍摄图像通过精密仪器冲洗在同一相纸上，得到立体化的平面图像，或通过计算机将一幅平面图像进行图像色彩、灰度和

6、像差处理和图像交错处理，得到立体化的平面图像，再在图像上覆盖柱镜光栅，不需要佩戴眼镜就可以观看到立体图像。1原理及结构人眼的立体感能将视场(即眼睛所观看到的景物区域)中的物体区别出远近，我们把左右两眼所获得的不同图像分别称作左图像和右图像，在显示技术中如果同时在屏幕上显示出左图像和右图像，又利用一定的装置使得左眼只能看到左图像，右眼只能看到右图像，那么，经大脑融合就能还原成立体图像。如下图，图中A1、A2分别是同一物点A在屏幕上所显示的左图像点与右图像点，B1、B2分别是同一物点B在屏幕上所显示的左图像点与右图像点，如果左眼只能看到A1、B1，右眼只能看到A2、B2，则

7、在人的大脑里就可以反映出A点和B点的深度信息。图像点A成像于屏幕之后我们称之为后方图像图像，点B成像于屏幕之前称之为前方图像。AB2B1A1A2B左眼右眼屏幕图1视差式立体成像原理设人两眼之间的距离为x，人眼与屏幕的距离为L，A1、A2两点之间距离SA，B1、B2两点之间距离SB，则后方图像A点距屏幕的深度为：D=SAx-SAL同理，前方图像B点距屏幕的深度为：D=SBx-SBLDTI公司的视差照明技术（基于狭缝光照明的3D-LCD光学结构分析）基于狭缝背光源的立体液晶显示器的结构，如图3(a)所示。背光源被制作成沿液晶层水平方向周期分布