计算机应用技术
合肥工业大学
2017(学位年度)
摘要:本文的主要研究工作是在国家863高技术研究发展计划项目----新型三维显示器技术(2012AA011901)、广东省战略性新兴产业核心技术攻关项目----新型三维立体显示关键技术研究及应用(2011A010801003)的支持下开展和完成的。-体显示是目前实现真三维显示的主流技术路径之一,而静态体积式显示无任何移动部件,具有非常高的发展潜力。本文阐述了真三维显示的视觉机理和显示特性,研究并实现了海量显示数据的高速实时处理方法;研究了深度抗锯齿、灰度级修正、闪烁评价及优化等真三维成像质量的提升与优化方法;完成了真三维显示原型样机的研制。
本研究主要内容包括:⑴真三维显示的视觉机理与成像分析。讨论了视觉暂留、似动现象及人眼的空间与时间分辨率,这些视觉特性是形成真三维显示的基础。阐述了体素、显示空间及真三维成像的原理和特点,提出了“体柱”的概念。利用全光函数分析研究了真三维显示的数据流量。相关视觉机理和成像基础的研究,为真三维显示系统的研究与设计提供了理论依据。⑵海量显示数据的高速实时处理方法研究与实现。分析了真三维显示数据的处理流程,提出了体数据的生成和编码传输方法。阐述了图像预处理方法、图像引擎的设计目标和功能描述。深入研究了图像引擎数据处理过程中的数据格式变换及地址映射方法,建立了相关的数学模型。在理论研究的基础上提出了真三维图像引擎的FPGA实现方法,实现了海量显示数据的高速实时处理。⑶真三维成像质量提升和优化方法研究。针对真三维显示中由于显示体结构和光电特性等引起的各种显示缺陷,在理论研究和实验验证的基础上提出了一系列显示质量改善方法。针对深度不连续问题,提出了一种基于分类映射的深度抗锯齿算法。提出了层间梯度的概念,分析了不同映射类型对于深度连续性的影响,给出了体素映射类型的判定算法。针对灰度级失真问题,在分析显示体光电特性的基础上推导出成像亮度变化函数及灰度级偏差。通过调整显示体驱动时序及重新分配子帧,结合反伽马校正,实现了灰度级的修正。针对真三维显示的闪烁优化问题,提出了一种时间对比敏感度函数加权幅值谱对比度的闪烁程度评价模型及一种层间交织扫描的显示体刷新方法,完成了两组视觉感知实验,并通过统计分析验证了评估模型的准确性和刷新方法的有效性。⑷真三维显示系统原型样机的研制与实现。提出了真三维显示系统的整体架构方案,详细论述了显示数据处理电路、投影光路、显示体及驱动等子系统的设计与装配。重点阐述了(曲时)P控制电路的数据接收和数字微镜器件的复位时序设计、光路结构和光源设计、显示体光电特性和驱动方法设计。对系统的主要性能参数进行了测试和评价,并进行了三维成像实验。结果表明,本文所研制的真三维显示原型样机整体性能达到国际先进水平。