论文题目: 基于二维LED屏旋转的体显示系统及其特性研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 光学工程
作者: 林远芳
导师: 刘旭
关键词: 显示器件,三维显示,体显示,仿真优化,体素布局,均匀,统计分析
文献来源: 浙江大学
发表年度: 2005
论文摘要: 体显示技术将三维图像描绘在一个真实的三维空间内而非二维表面上,由此产生的体图像具有与现实世界三维物体相似的大部分特性,能够呈现所有视点信息,允许多人直接从不同方位同时观看,允许用户随意走动并且总能接收到维持图像三维外观的视觉深度暗示,能够促使对数据三维形态、空间分布和动态特性等的快速、准确感知,因而这一技术在气象分析、医学成像和空中交通控制等领域中具有广阔的应用前景。本论文对基于二维LED屏旋转的体显示技术进行了系统的研究,内容涵盖其理论设计、建模仿真、系统实现、系统优化、实验论证和特性分析等各个方面,取得了良好的阶段性进展,部分成果对基于其它二维有源屏旋转的体显示技术直接适用。建立了LED体显示仿真模型和软件仿真平台。分析了LED寻址模式、体素属性和LED屏特性对三维再现质量及系统整体性能的影响,为LED体显示系统的成功建立和后续性能评价奠定了重要的理论基础。研究结果表明,利用当前小尺寸LED器件的高速电光响应特性,配合高速的旋转扫描和矩阵寻址技术,并采用具有致密LED阵列的薄的平面显示屏,能显著减小因LED时序寻址和屏幕旋转而导致的体素位置偏差,得到具有良好的体素属性、能如实表述原始图像三维特性的体图像。在上述仿真基础上构建了LED体显示实验系统。完成了从体三维数据生成、透视模拟显示、图像数据传输、信号寻址控制到图像真实再现的整套流程。系统能显示包含839万体素的全方位可视图像,能对LED进行256级亮度调制以显示体三维灰度图像。既验证了利用旋转的二维LED屏进行体显示的可行性,又为以后显示体三维彩色图像奠定了基础,同时为LED体显示特性的进一步研究提供了有效的实验平台。系统具有整体结构简单、数据处理量适中、体图像分辨率能模块化扩展等优点。论文首次从三维空间的角度,系统地研究、分析了体显示各种特性与显示系统结构及发光器件光电性能之间的关系。论述了因LED屏配光曲线不理想引起的体素亮度差异,观察了因LED屏转速变化导致的体图像被压缩现象以及因LED屏偏轴旋转引起的体图像“近小远大”畸变。研究了影响图像点再现率和体素增长率的因素,分析了图像点和体素之间位置映射偏差的统计规律性,据此筛选出合适的系统参数值。针对体素位置和密度分布不均匀问题,提出了一种以加载在图像空间内的具有均匀点距的三维阵列为基准,按照设定的基准点相邻间距和位置偏差容许值来取舍体素以便得到均匀布局的方法,为真实空间三维显示技术的研究奠定一定的基础。实验表明,这些模型分析与系统研究,对消除因重复映射和体素位置重叠导致的图像局部过亮现象,减小随定位方式变化而变化的图像再现差异,以及克服三维显示中特有的显示空间误差等都具有很好的指导作用。
论文目录:
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 三维显示概述
1.1.1 体视三维显示
1.1.2 全息三维显示
1.1.3 透视三维显示
1.1.4 体三维显示
1.2 体显示特点与研究状况
1.2.1 体积静止型的体显示
1.2.2 体积扫掠型的体显示
1.2.3 体显示中存在的主要问题
1.3 本论文的研究工作
参考文献
第二章 基于二维LED屏旋转的体显示仿真模型
2.1 体图像的显示原理
2.2 体显示中的LED寻址模式
2.2.1 显示屏寻址模式的常规考虑
2.2.2 寻址模式对体素方位的影响
2.2.3 寻址模式对原始图像分割的影响
2.3 体显示中的体素属性
2.3.1 影响体素属性的主要因素
2.3.2 几何参数与电参数之间的匹配
2.3.3 体素属性对显示效果的影响
2.4 体显示中的LED屏特性
2.4.1 两种LED屏方案的比较
2.4.2 因偏轴旋转引起的显示偏差
2.4.3 因屏幕厚度引起的显示偏差
小结
参考文献
第三章 LED体显示系统研究
3.1 系统构成及性能参数
3.1.1 原理框图和工作流程
3.1.2 显示屏及其寻址电路
3.1.3 触发信号处理电路
3.1.4 机械结构简图
3.1.5 主要参数及性能说明
3.2 数据生成与仿真
3.2.1 三维离散数据集的体素化
3.2.2 三维几何模型的体素化
3.2.3 三维数据在二维屏幕上的显示
3.2.4 体素化处理及仿真显示
3.2.5 数据生成与仿真平台的构建
3.3 数据传输与存取控制
3.4 实验结果与分析
3.4.1 LED屏的配光曲线及其影响
3.4.2 实验显示的体图像
3.4.3 直线在体素化过程中的映射偏差
3.4.4 LED屏转速变化对图像显示的影响
3.4.5 因LED屏偏轴旋转引起的图像畸变
小结
参考文献
第四章 LED体显示的特性研究
4.1 位置映射偏差及体素化效果
4.1.1 体素化过程中的再现率和增长率
4.1.2 影响三维模型顶点再现率的主要因素
4.1.3 图元类型和插值段数对三维再现效果的影响
4.2 图像空间内的体素布局
4.2.1 体素的位置分布及线密度差异
4.2.2 因体素过于密集引起的过亮现象
4.2.3 因体素布局不均匀引起的再现差异
4.3 体素布局的均匀化
4.3.1 均匀化方法与位置取舍偏差
4.3.2 均匀化之后的体素线密度
4.3.3 均匀化前后的图像效果对比
小结
参考文献
第五章 总结与展望
博士在读期间发表的论文
致谢
发布时间: 2010-05-05
参考文献
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