弱化莫爾條紋的LED裸眼3D顯示

趙悟翔++胡建青

摘 要 由于LED像素的黑色矩陣較寬，觀看傳統(tǒng)狹縫光柵式LED裸眼3D顯示器的莫爾條紋明顯，本文提出一種非均勻縫寬的狹縫光柵來(lái)減弱莫爾條紋，適當(dāng)增大縫寬和移動(dòng)透光狹縫在其周期中的位置來(lái)加劇光柵周期結(jié)構(gòu)與像素周期結(jié)構(gòu)之間的差距，提高莫爾條紋中暗帶的亮度并使莫爾條紋變得稀疏，從而達(dá)到減弱莫爾條紋而又不會(huì)引起嚴(yán)重串?dāng)_的目的。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，觀看到的莫爾條紋暗帶比傳統(tǒng)狹縫光柵的莫爾條紋暗帶明顯減弱，具有較高的實(shí)用價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】裸眼3D顯示 狹縫光柵 莫爾條紋 LED

1 引言

裸眼3D顯示不需要佩戴諸如立體眼鏡等附屬設(shè)備，是當(dāng)前顯示領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。其中，狹縫光柵式LCD裸眼3D顯示器是裸眼3D顯示中結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)和成本低廉的實(shí)驗(yàn)方案，目前已是比較成熟的產(chǎn)品。但是LCD顯示屏亮度較低，屏幕尺寸不易做大，而LED顯示屏由于高亮度、大尺寸、色彩鮮明等特點(diǎn)，適合用于大屏幕顯示。

在傳統(tǒng)豎直狹縫光柵設(shè)計(jì)中，將狹縫與顯示屏的列像素平行擺放，當(dāng)眼睛通過(guò)狹縫看到相鄰子像素之間的黑矩陣時(shí)，一般會(huì)觀看到明顯的周期性黑白漸變的條紋，即莫爾條紋，給觀看者帶來(lái)不適。為了減弱莫爾條紋，本文提出一種非均勻縫寬的錯(cuò)位豎直狹縫光柵的設(shè)計(jì)方法：根據(jù)LED顯示器黑矩陣較寬的特點(diǎn)，適當(dāng)增大縫寬和移動(dòng)透光狹縫在其周期中的位置，以此加劇光柵周期結(jié)構(gòu)與像素周期結(jié)構(gòu)之間的差距，提高莫爾條紋中暗帶的亮度并使莫爾條紋變得稀疏，從而達(dá)到減弱莫爾條紋而又不會(huì)引起嚴(yán)重串?dāng)_的目的。

2 光柵莫爾條紋的形成原理

2.1 狹縫光柵裸眼3D顯示原理

我們以前置狹縫光柵裸眼3D顯示器為例進(jìn)行說(shuō)明。圖1為狹縫光柵裸眼3D顯示器的結(jié)構(gòu)示意圖和分光原理圖，圖中以4視點(diǎn)為例進(jìn)行分析。設(shè)圖中顯示面板像素大小為?d，狹縫光柵距離顯示面板的距離為D，狹縫光柵透光狹縫寬度為N，擋光條寬度為M，周期為T=M+N，理想觀看位置到平板顯示面板距離為S，相鄰視點(diǎn)間距按照人類平均瞳距設(shè)為e。

由三角形相似性原理可以得到各個(gè)參數(shù)之間的關(guān)系式：

2.2 莫爾條紋產(chǎn)生的原理

莫爾條紋是兩條線或兩個(gè)物體之間以恒定的角度和頻率發(fā)生干涉的視覺現(xiàn)象，它使人眼無(wú)法分辨這兩條線或兩個(gè)物體，只能看到干涉的花紋。在光柵式裸眼3D顯示器中，由于2D顯示器的像素是有序排列的周期性矩陣結(jié)構(gòu)，其發(fā)出的光場(chǎng)也具有周期性矩陣結(jié)構(gòu)，這樣的光場(chǎng)與2D顯示器前面的周期性結(jié)構(gòu)的光柵相互干涉，形成莫爾條紋，使3D顯示效果變差。

3 非均勻縫寬的錯(cuò)位豎直狹縫光柵的設(shè)計(jì)

為了減弱豎直光柵的莫爾條紋，提出了采用非均勻縫寬的錯(cuò)位豎直狹縫光柵的設(shè)計(jì)方法。如圖2所示，圓片代表LED表貼屏像素點(diǎn)，其點(diǎn)間距Δd=2.5mm，實(shí)際發(fā)光部分直徑d=1.5mm，瞳距e約為65mm，理想觀看距離S=4m，設(shè)計(jì)的視點(diǎn)數(shù)K=5。由2.1三式可得N=2.4mm，T=12.04mm，D=14.82cm。我們將第一個(gè)周期T1=12.04mm內(nèi)的透光狹縫寬度擴(kuò)大為N1=3.0mm，向右偏移a1=0mm；第二個(gè)周期T2=12.04mm內(nèi)的透光狹縫寬度擴(kuò)大為N2=2.7mm，向右偏移a2=0.3mm；第三個(gè)周期T3=12.04mm內(nèi)的透光狹縫寬度不變?yōu)镹3=2.4mm，向右偏移a3=0.6mm；每三個(gè)周期重復(fù)一次上述設(shè)計(jì)過(guò)程。這樣通過(guò)適當(dāng)增大縫寬和移動(dòng)透光狹縫在其周期中的位置，可以加劇光柵周期結(jié)構(gòu)與像素周期結(jié)構(gòu)之間的差距，同時(shí)又因?yàn)長(zhǎng)ED顯示器黑矩陣較寬，所以不會(huì)引起嚴(yán)重串?dāng)_，而又可提高莫爾條紋中暗帶的亮度并使莫爾條紋變得稀疏，從而達(dá)到減弱莫爾條紋的目的。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

如圖3所示，左圖是傳統(tǒng)豎直狹縫光柵的莫爾條紋，可以明顯看出其暗帶比較暗且密集，右圖是非均勻縫寬的錯(cuò)位豎直狹縫光柵的莫爾條紋，其暗帶的亮度和稀疏程度與前者相比均有明顯提高（紅色虛線框內(nèi)為暗帶莫爾條紋）。

5 結(jié)論

傳統(tǒng)豎直狹縫光柵一般會(huì)產(chǎn)生明顯的莫爾條紋，因此本文提出了一種改進(jìn)豎直光柵的設(shè)計(jì)方法--非均勻縫寬的錯(cuò)位豎直狹縫光柵。此方法可以明顯提高莫爾條紋中暗帶的亮度并使莫爾條紋變得稀疏，既減弱莫爾條紋又不會(huì)引起嚴(yán)重串?dāng)_。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了本方法的有效性，具有較高的實(shí)用價(jià)值。

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作者單位

四川大學(xué)電子信息學(xué)院 四川省成都市 610065endprint