基于单片DMD的裸眼立体显示系统研究

论文摘要

视觉是人类获取信息的主要途径，显示则是提供人们视觉素材的主要手段。人类将现代电子学和光学材料的发展成果运用于显示系统，可追溯到1896年阴极射线管CRT的发明，短短110多年，电子显示技术经历了从黑白到彩色，从模拟到数字，从小尺度到大屏幕，从箱体到平板的重要发展阶段。使显示图像细节的分辨率不断提高，显示临场感不断增强，显示图像带给人们的视觉享受日趋科学化、审美化。2007年在美国拉斯维加斯消费电子展上最大的电视机尺寸达108英寸，最高的物理分辨率达2560*1440，最薄的电子纸显示器不足1英寸。目前显示技术发展的一个重要方向是三维尺度的立体显示。这种显示机制更加逼近客观真实，它的实现有赖于人类对自身视觉感官功能的更深刻剖析和理解，也依赖于对更新的图像处理技术的探索、运用。本文提出了一种基于单片DMD构造自由立体显示系统的新方法，构建了一个新的基于单片DMD的自由立体显示系统。论文的主要研究工作和创新成果主要包括以下几方面：1、对DLP投影显示系统进行了基于光学器件物理特性和信号处理方法的独立设计；2、提出并实现了基于双目视差原理和单片DMD结构的自由(裸视的)立体显示系统；3、在视差图像的光路控制系统中，提出了一种“利于视差图像融合的帧分离方法及其装置”，不但可实现图像的2D／3D显示，而且可调节立体图像的景深。4、在光学驱动电路的设计中，采用了特殊的反射驱动设计。降低了光功率和显示分辨率的损失，较之常规的液晶光栅驱动方法，效率成倍提高。5、对3D数字视频图像在DLP系统上实现的理论和变换算法进行了研究。经系统仿真、测试，本文所设计和实现的基于单片DMD的自由立体显示系统达到了初步的演示效果。论文最后分析了系统存在的缺陷，讨论了进一步研究的方向。

论文目录

• 论文摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 插图索引
• 表格索引
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 数字化显示技术发展史
• 1.2.1 LCD显示技术发展简介
• 1.2.2 PDP显示技术发展简介
• 1.2.3 DLP显示技术发展简介
• 1.3 立体显示技术的发展
• 1.3.1 立体显示技术发展历史
• 1.3.2 立体显示技术的分类
• 1.3.3 基于立体显示技术实现的立体显示器
• 1.4 基于DMD的自由立体显示技术
• 1.5 立体显示技术的应用前景概述
• 1.5.1 立体显示技术的应用
• 1.5.2 立体显示技术的展望
• 1.6 本论文研究的主要内容
• 1.7.论文的组织结构
• 1.8 论文研究的意义
• 第二章 投影显示系统原理
• 2.1 投影显示系统的原理
• 2.1.1 CRT三枪投影技术
• 2.1.2 LCD投影技术
• 2.1.3 DLP投影技术
• 2.2 色度学表达与处理
• 2.2.1 色彩学原理
• 2.2.2 颜色的数学表示
• 2.2.3 色度相加原理
• 2.2.4 色度转换
• 2.2.5 CIE标准色度学系统
• 2.2.6 色差公式
• 2.2.7 视频色彩
• 2.2.8 电视系统中色彩的分解、传递和重现
• 2.3 傅里叶光学分析方法
• 2.3.1 点光源的广义傅立叶变换
• 2.3.2 透镜的傅立叶变换特性
• 2.3.3 成像系统的傅立叶分析
• 2.4 系统核心光学器件及特性分析
• 2.4.1 影响DLP投影显示的几个重要光学参量
• 2.4.2 系统光学的元件效率
• 2.4.3 光学滤波器
• 2.4.4 积分器
• 2.4.5 极性器件
• 2.4.6 投射透镜
• 2.4.7 屏幕
• 2.4.8 UHP灯
• 2.4.9 色轮
• 2.4.10 导光棒
• 2.4.11 全反射棱镜
• 2.4.12 光阑
• 2.5 本章小结
• 第三章 立体视觉原理
• 3.1 人眼立体视觉的重要因素
• 3.1.1 双眼视野
• 3.1.2 双眼视差
• 3.1.3 单眼作用
• 3.1.4 运动视差
• 3.2 人眼立体视觉机制
• 3.3 立体视觉的深度线索
• 3.4 稳定立体感空间知觉功能
• 3.5 双目立体视觉几何模型
• 3.6 利用视差信息的裸眼立体显示技术
• 3.6.1 视差照明方法
• 3.6.2 视差障栅方法
• 3.6.3 微透镜投射方法
• 3.6.4 数字微镜面投射方法
• 3.7 利用纵深信息的立体显示器——DFD方式
• 3.8 利用波面信息的立体显示器——全息方式
• 3.9 基于单片DMD的裸眼立体显示的原理
• 3.10 本章小结
• 第四章 以DMD为核心器件的裸眼立体显示系统实现的研究
• 4.1 系统综述
• 4.1.1 系统构成
• 4.1.2 系统工作过程
• 4.2 立体图像源的原理及实现
• 4.2.1 计算机上实现人造立体视觉的原理
• 4.2.2 立体视差图像对的生成
• 4.2.3 立体视差图像对的生成算法
• 4.2.4 基于VC++的左右眼视差图像对的传送
• 4.3 立体图像预处理器及左右眼同步信号发生器
• 4.3.1 立体图像预处理器的组成
• 4.3.2 预处理工作过程
• 4.4 立体显示DMD驱动电路的设计
• 4.4.1 DMD显示系统的特点
• 4.4.2 DMD驱动电路的速度需求分析
• 4.4.3 RAMBUS DRAM（RDRAM）应用系统的设计难点及解决方法
• 4.4.4 阻抗控制仿真与实现
• 4.4.5 DMD驱动电路的EMI兼容设计
• 4.4.6 参数的配制
• 4.5 基于DMD的裸眼立体显示光路设计
• 4.5.1 光路系统
• 4.5.2 光路系统部分重要部件分析
• 4.5.3 系统彩色和色温分析
• 4.6 视差发生器及其工作驱动特性
• 4.6.1 视差发生器工作原理
• 4.6.2 视差发生器的驱动
• 4.6.3 视域的计算
• 4.7 专用3D显示屏幕设计
• 4.8 本章小结
• 第五章 基于DMD的3D数字视频技术的研究
• 5.1 数字视频技术综述
• 5.2 基于单片DMD的DLP显示系统视频处理过程
• 5.2.1 DMD显示系统的特点
• 5.2.2 高清晰度DLP背投影电视系统中的视频处理过程
• 5.3 视频前端的系统结构框架构建
• 5.4 视频前端的系统设计
• 5.5 几种数字视频处理算法对单片DMD实现的3D显示的影响分析
• 5.5.1 旋转算法对单片DMD实现的3D显示的影响分析
• 5.5.2 图像比例变换（scaling）放大算法对单片DMD实现的3D显示的影响分析
• 5.7 本章小结
• 第六章 基于单片DMD的立体显示效果及缺陷分析
• 6.1 DMD显示系统的固有图像缺陷分析
• 6.1.1 轮廓噪音（contouring）
• 6.1.2 轮廓噪音（contouring）对立体显示效果的影响
• 6.1.3 基于单片DMD的立体显示系统中消除轮廓噪音（contouring）的方法
• 6.2 基于视差的立体显示系统图像缺陷分析
• 6.2.1 闪烁（flicker）
• 6.2.2 基于单片DMD的立体显示系统中消除闪烁的方法
• 6.3 单片DMD系统的彩虹效应（Rainbow Artifact）
• 6.4 PWM噪音
• 6.5 本章小结
• 第七章 基于DMD的立体显示技术研究的总结与展望
• 7.1 基于DMD的立体显示技术研究的总结
• 7.2 基于DMD的立体显示技术研究的展望
• 附录一:攻读博士期间发表和录用的论文
• 参考文献
• 致谢