全分辨率的低串?dāng)_時分復(fù)用狹縫光柵3D顯示

呂國皎，王瓊?cè)A

(1.四川大學(xué)電子信息學(xué)院，成都610065;2.成都工業(yè)學(xué)院，成都610000)

狹縫光柵3D顯示是種低成本的3D顯示，可提供良好的3D觀看效果。但是由于其狹縫分光的原因，使得其分辨率低于2D顯示屏的分辨率。并且其最佳觀看視點通常是一個理論上的小點［1－5］。在實際觀看位置和最佳視點并不重合的時候，通常會引入串?dāng)_。這會嚴(yán)重影響顯示質(zhì)量。筆者提出一種用于實現(xiàn)全分辨率的3D顯示，并可降低串?dāng)_的產(chǎn)生的方法。

通常用于狹縫光柵3D顯示串?dāng)_抑制的方法有減小狹縫光柵透光條寬度、階梯狹縫光柵和雙狹縫光柵等3種［6－9］。在通過減小狹縫光柵透光條寬度來實現(xiàn)低串?dāng)_顯示的過程中，由于減少了透光面積，因此，會進一步降低分辨率。該設(shè)計采取一種采用補償幀的辦法，既可滿足低串?dāng)_的設(shè)計要求又可實現(xiàn)全分辨率的3D顯示。

1 結(jié)構(gòu)與原理

該設(shè)計中減少串?dāng)_是通過減少光柵的縫寬實現(xiàn)的，如圖1所示。設(shè)計中顯示的完成由背光源、液晶顯示面板兩個部分組成。背光源采用的是一個OLED顯示器。通過OLED顯示器上面像素的開關(guān)來實現(xiàn)后置式的光柵，并且透光條的寬度也可通過像素的開關(guān)進行調(diào)節(jié)。當(dāng)透光條面積減少時，可起到減少串?dāng)_的作用。液晶顯示面板用于顯示合成視差圖像。圖像通過后置光柵的調(diào)制，并顯示出3D圖像。在每一個圖像元中，都包含了5個像素。在第1個時刻，對于特定的某個視點，只完成了部分圖像的顯示。在下一刻，發(fā)光區(qū)域和視差圖像元的位置相對于上一刻發(fā)生平移，用以顯示其他像素，從而實現(xiàn)全分辨率的3D圖像的顯示。

圖1 利用背光源視差光柵實現(xiàn)的時分復(fù)用3D顯示Fig.1 Themethod of time-multiplex auto-stereoscopic w ith backlight parallax barrier

顯示中每1幀3D圖像由4幀合成圖像共同完成顯示。由于狹縫寬度的減少，如果僅有第2幀補充部分圖像信息，仍然會因為缺乏光照使得部分圖像信息丟失。則在某一視點看，其顯示的圖像會出現(xiàn)黑色的暗條紋，使得觀看效果降低。為消除這些黑色條紋對3D顯示的影響，需要改變第3、4幀的顯示區(qū)域，以消除這些黑色條紋。因此第3、4幀畫面的圖像元位置和光柵透光條位置同時移動1/2節(jié)距。保證這兩幀中的顯示區(qū)域恰好覆蓋在前兩幀產(chǎn)生的黑色條紋處，如圖2所示。在顯示過程中，第1、2幀和第3、4幀圖像顯示的內(nèi)容是相同的，只是顯示的區(qū)域發(fā)生了變化。因此對于液晶顯示面板和OLED背光源，需要更高的幀頻才能實現(xiàn)顯示。通過這種方法可以以取得全分辨率的3D顯示。并且由于單幀圖像中，狹縫透光條的寬度減少，則其串?dāng)_也會被控制在一個較低的范圍里面。

圖2 全分辨率的實現(xiàn)過程Fig.2 Process of the full resolution

2 實驗與仿真

在結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程中，各個參數(shù)必須滿足幾何光學(xué)的原理。假設(shè)狹縫光柵節(jié)距為2B，狹縫透光條紋寬度為d，狹縫光柵和液晶面板距離為l，視差圖像元寬度為P，瞳距為E，觀看距離為D，那么由相似三角形定理，其參數(shù)必須滿足如下關(guān)系

對于常用的手持設(shè)備，最佳觀看距離約為30 cm，人眼的平均瞳距為65 mm，因此有:

由此可設(shè)計出適合幾何光學(xué)規(guī)定的參數(shù)尺寸。

為研究在不同的光柵開口率的條件下，串?dāng)_的抑制情況，設(shè)置了兩種用于實驗的顯示原型，其參數(shù)如表1所示。

表1 結(jié)構(gòu)參數(shù)表Table 1 The parameters of structures

筆者利用ASAP軟件對于上述參數(shù)進行仿真，實驗結(jié)果證明，在該設(shè)計模式下有著良好的串?dāng)_抑制效果，在不同的開口率下，其串?dāng)_分布如圖3所示。在低串?dāng)_模式下，無串?dāng)_的區(qū)域較高串?dāng)_模式要大一些，而其串?dāng)_的強度也要小一些。因此，可說明由于開口率的減少可以抑制串?dāng)_的產(chǎn)生。

一個以狹縫光柵和液晶顯示器制成的3D顯示器件原型被用于實際視差圖像的顯示。光柵參數(shù)按照表1設(shè)置，用以研究在不同開口率的情況下，3D顯示的串?dāng)_情況。圖4為實際顯示的對比情況。

圖3 串?dāng)_分布對比圖Fig.3 crosstalk distribution

圖4 光柵開口率對顯示的影響Fig.4 display effect influenced by different aperture ratio

由實驗可看出，在低開口率的情況下，圖像的串?dāng)_要明顯低于高開口率的情況，因此，以背光源來控制光柵透光條紋寬度的方法可以對串?dāng)_進行控制。并且透光條紋的寬度可利用OLED背光源精確控制，起到在不同環(huán)境下設(shè)置不同參數(shù)的作用。

3 結(jié)論

通過筆者設(shè)計提出的方法，可實現(xiàn)低串?dāng)_模式的3D狹縫光柵顯示。利用補償幀的方法可消除由減小光柵開口率帶來的黑邊，并以此實現(xiàn)全分辨率的3D顯示。該方法可作為一種具有潛力的自由立體顯示結(jié)構(gòu)設(shè)計。

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