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真三维立体显示中旋转体扫描显示技术研究

真三维立体显示中旋转体扫描显示技术研究

作者：丁琴南京航空航天大学

学位级别：硕士

真三维立体显示(True 3D Volumetric Display)技术是近年来新兴的具有真实物理景深的三维显示技术。和计算机平面显示不同,其显示系统的特殊性,使得该显示系统能直接在三维空间产生图像,这一新颖的计算机显示系统将会给科学分析、科学... 详细信息

真三维立体显示(True 3D Volumetric Display)技术是近年来新兴的具有真实物理景深的三维显示技术。和计算机平面显示不同,其显示系统的特殊性,使得该显示系统能直接在三维空间产生图像,这一新颖的计算机显示系统将会给科学分析、科学可视化带来革命性的进步,在国防建设,生物医学工程等领域具有十分广泛的应用前景。真三维立体显示主要使用的方法有静态体成像技术和体扫描技术,本文主要研究旋转体扫描显示技术。论文分析和研究了旋转体扫描显示技术的发展,成像原理,显示单元和图像引擎的各个关键技术,并对其中的工作原理进行了仿真工作,验证了理论的正确性。首先,分析体扫描技术的成像原理,研究体素的特性,密度变化,如何保持体素密度的恒定,提出了并行数据传输连接的方法。接着,分别对旋转体扫描显示系统的显示单元和图像引擎进行了详细的研究,提出了模块化的设计方法。对于显示单元,分别对显示体,发射单元投影系统和输入装置进行了研究和分析;对于图像引擎,分析其工作原理,包括坐标转换,图像引擎处理图像数据的过程,推导了转换矩阵的实现过程,提出了体素排序的方法,并对图像引擎的硬件提出了简单的设计方法。最后,利用仿真过程对理论研究进行了验证。实现了医学模型的读取,模拟体扫描的过程。本论文研究的目的是为了解决真三维立体显示中旋转体扫描显示技术的关键问题,文中所提出的模块化的设计、对显示单元和图像引擎的研究以及仿真,为真三维立体显示系统的工程实现做好了非常必要的前期研究工作。

关键词：真三维立体显示体扫描体素显示单元图像引擎三维建模

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真三维立体显示技术研究

真三维立体显示技术研究

作者：李艳丽南京航空航天大学

学位级别：硕士

真三维立体显示技术(True 3D Volumetric Display Technique)是计算机立体视觉系统中最新的研究方向。基于这种显示技术,可以直接观察到具有物理景深的三维图像,真三维立体显示技术图像逼真、具有全视景、多角度、多人同时观察和实时交... 详细信息

真三维立体显示技术(True 3D Volumetric Display Technique)是计算机立体视觉系统中最新的研究方向。基于这种显示技术,可以直接观察到具有物理景深的三维图像,真三维立体显示技术图像逼真、具有全视景、多角度、多人同时观察和实时交互等众多优点。本文首先分析了真三维立体显示技术的成像原理,包括静态体成像技术、平移体扫描技术和旋转体扫描技术,并分别给出了三种成像技术的控制模型,它们从不同角度描述了真三维立体显示技术的物理本质。其次,论文详细研究了真三维立体显示的关键技术,包括建立了静态体成像技术中的死区的数学模型,给出了解决方案;根据平移体扫描显示技术的成像空间构造特点,研究了屏幕做非线性运动的规律;研究了旋转体扫描技术成像过程中生成体素的属性,给出了一种创新性的旋转立体显示系统,该系统能够实现360可视和实时远距离传输,深入分析了系统的分辨率,给出了提高分辨率的具体方法。再其次,建立了.3ds格式的三维心脏模型,利用3DS文件“块结构”的优势,提取感兴趣区域的数据,在VC环境中利用OpenGL编程实现了三维心脏模型的重建,重建结果能够体现丰富的表面细节,然后综合运用OpenGL中显示列表、融合、动画实现等技术,仿真实现了真三维立体显示技术的模拟,包括成像空间的构造和成像原理的仿真,仿真结果较好地验证了真三维立体显示技术的正确性和可行性。在真三维立体显示系统中实现交互操作,是系统必然的发展趋势,本论文最后研究了计算机系统中的交互操作机制,在合理假设的基础上推导验证了Fitts’模型的正确性,该模型是交互操作的基本准则,可以用来评价交互工具的性能和预测交互实现的效果。总结了三种典型的交互方式,并将其引入到真三维立体显示系统中进行探讨。本文尽量用数学模型解决抽象的物理问题,为以后系统的工程实现奠定了良好的理论基础。

关键词：真三维立体显示体扫描体素死区三维建模交互

用于固态体积式真三维立体显示的LED投影照明系统研究

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光电工程 2011年第9期38卷 93-98页

作者：冯奇斌牛红林华懿魁吕国强合肥工业大学特种显示技术教育部重点实验室合肥230009 合肥工业大学特种显示技术国家工程实验室合肥230009 合肥工业大学现代显示技术省部共建国家重点实验室合肥230009 合肥工业大学光电技术研究院合肥230009 合肥工业大学仪器科学与光电工程学院合肥230009

合肥工业大学开发的固态体积式真三维立体显示器包括单片DMD、UHP投影光源、RGBRGB六段4倍速色轮、方棒、20层液晶光阀组成的显示体、投影镜头、折叠光路、控制电路等,存在刷新率低、色域小的问题。本文设计了基于LED的投影照明系统,包... 详细信息

合肥工业大学开发的固态体积式真三维立体显示器包括单片DMD、UHP投影光源、RGBRGB六段4倍速色轮、方棒、20层液晶光阀组成的显示体、投影镜头、折叠光路、控制电路等,存在刷新率低、色域小的问题。本文设计了基于LED的投影照明系统,包括RGB三原色LED发光模块、混合聚光镜、X棱镜等,替换样机中的UHP光源和色轮。红、绿、蓝LED顺序发光,光线经准直后进入X棱镜,在方棒的出射端顺序形成红、绿、蓝均匀矩形光斑。LED照明系统无需色轮分色,显示刷新率可达到60Hz。仿真和试验结果证明本文设计的LED照明系统完全满足真三维立体显示的要求。

关键词：真三维立体显示 LED 照明系统准直透镜

快速响应光阀的制备及在真三维立体显示中的应用

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光电工程 2012年第8期39卷 141-145页

作者：牛红林陆红波鲁文武张贵玉张俊冯奇斌特种显示技术教育部重点实验室特种显示技术国家工程实验室现代显示技术省部共建国家重点实验室培育基地合肥230009 合肥工业大学仪器科学与光电工程学院合肥230009 合肥工业大学化学工程学院合肥230009

固态体积式真三维立体显示系统主要由数据传输,图像处理模块,高速彩色投影光路模块,显示模块(显示体)以及外围控制电路组成。显示模块由多层液晶光阀组成,光线透过显示体后能量衰减严重,造成显示画面黯淡,模糊,此外,由于光阀响应时间慢... 详细信息

固态体积式真三维立体显示系统主要由数据传输,图像处理模块,高速彩色投影光路模块,显示模块(显示体)以及外围控制电路组成。显示模块由多层液晶光阀组成,光线透过显示体后能量衰减严重,造成显示画面黯淡,模糊,此外,由于光阀响应时间慢,系统刷新频率低,屏幕存在严重的闪烁问题。本文通过在液晶中添加少量聚合物和手性物添加剂制备出快速响应的聚合物稳定胆甾相液晶光阀,其开态透过率达到88%,响应时间小于1ms。将其应用于真三维立体显示系统,显示画面清晰稳定,无闪烁。

关键词：真三维立体显示聚合物稳定胆甾相液晶快速响应光阀

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固态体积式真三维立体显示器的色度学特性

液晶与显示 2011年第1期26卷 100-104页

作者：冯奇斌王小丽吕国强吴华夏特种显示技术教育部重点实验室特种显示技术国家工程实验室现代显示技术省部共建国家重点实验室培育基地合肥工业大学光电技术研究院安徽合肥230009 合肥工业大学仪器科学与光电工程学院安徽合肥230009

开发了一种真三维显示器样机,由单片DMD、200W UHP光源、RGBRGB 6段4倍速色轮、20层液晶光阀组成的显示体、投影镜头、折叠光路、控制电路等部分组成。对该显示器的色度学特性进行了分析,其色域是NTSC标准的53.8%,色温是5 401K。色轮是... 详细信息

开发了一种真三维显示器样机,由单片DMD、200W UHP光源、RGBRGB 6段4倍速色轮、20层液晶光阀组成的显示体、投影镜头、折叠光路、控制电路等部分组成。对该显示器的色度学特性进行了分析,其色域是NTSC标准的53.8%,色温是5 401K。色轮是影响色域的主要因素之一,选择新的色轮后,色域提升至NTSC标准的69.7%。

关键词：色度学特性真三维立体显示色域

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真三维立体显示技术研究现状与进展

现代显示 2010年第10期 33-36,40页

作者：刘涛吕国强童浩常云飞特种显示技术教育部重点实验室特种显示技术国家工程实验室现代显示技术省部共建国家重点实验室培育基地合肥工业大学光电技术研究院安徽合肥230009 合肥工业大学仪器科学与光电工程学院安徽合肥230009

文章从双目视觉机理角度介绍了立体显示的相关原理,阐述了真三维立体显示的相关概念,同时解释了基于体素的三维显示技术,介绍了国外真三维立体显示技术的最新发展情况,并介绍我实验室自主研发的固态体积式真三维立体显示器的最新研究进展。

关键词：立体视觉真三维立体显示固态体积式真三维

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固态体积式真三维立体显示系统成像算法研究

固态体积式真三维立体显示系统成像算法研究

作者：张应松合肥工业大学

学位级别：硕士

固态体积式真三维立体显示系统所显示的立体图像同时具有心理景深和物理景深,观看视角较大,观众无需佩戴专用设备,所显示的立体图像效果逼真,因此无论是在军事领域、民用领域还是医疗领域,都有着极其广阔的应用空间。本文介绍了目前主... 详细信息

固态体积式真三维立体显示系统所显示的立体图像同时具有心理景深和物理景深,观看视角较大,观众无需佩戴专用设备,所显示的立体图像效果逼真,因此无论是在军事领域、民用领域还是医疗领域,都有着极其广阔的应用空间。本文介绍了目前主流的立体显示技术,结合国内外现状,将固态体积式真三维立体显示技术与其它立体显示技术作出对比,引出本课题的目的和意义;介绍了固态体积式真三维立体显示系统成像原理及系统架构,探讨了系统成像算法,包括视频驱动、显示体驱动和灰阶校正三个子模块及算法,并对相应算法存在的问题及解决方案做了详细讨论论证;文章最后,介绍了成像算法三个子模块的具体设计,包括硬件平台和软件架构;进行了系统搭建及验证,结果表明,系统立体显示效果较好,能够实现成像算法所描述的各项功能。本文的重点在于对系统调试初期所具有的“深度不连续”、“闪烁”及“色偏”等缺陷进行理论探究,并结合当前的硬件架构对成像算法进行优化。针对“深度不连续”缺陷提出了基于分类映射的深度抗锯齿方法,针对“闪烁”缺陷提出抗闪烁显示体驱动方法,针对“色偏”缺陷提出了灰阶校正等。系统搭建及效果验证表明,优化后的算法可以很好的消除这些缺陷,提高固态体积式真三维立体显示系统显示效果。

关键词：固态体积式真三维立体显示深度抗锯齿抗闪烁灰阶调制

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基于旋转显示屏的真三维立体显示技术研究

基于旋转显示屏的真三维立体显示技术研究

作者：张俊南京航空航天大学

学位级别：硕士

真三维显示技术(True 3D Volumetric Display Technique)是近年来的一个热门前沿的研究领域,它在真实物理空间中进行体素填充以实现自然的三维立体显示,应用前景广泛。基于这种显示技术,可以直接观察到具有物理景深的三维图像,具有全视... 详细信息

真三维显示技术(True 3D Volumetric Display Technique)是近年来的一个热门前沿的研究领域,它在真实物理空间中进行体素填充以实现自然的三维立体显示,应用前景广泛。基于这种显示技术,可以直接观察到具有物理景深的三维图像,具有全视景、多角度、多人同时观察和实时交互等众多优点。本文首先分析了几种真三维立体显示技术的成像原理,包括全息三维成像技术、静态体成像技术、平移体扫描技术和旋转体扫描技术。然后从理论模型出发,采用LED为体素旋转屏幕,构建了基于平面显示屏旋转的真三维立体显示系统。从系统构建过程开始入手,详细分析了旋转体真三维显示系统的各个特性,包括体素属性分析,系统图像引擎理论研究以及显示屏偏轴旋转的理论模型分析。并根据系统圆柱状成像空间体素分布的自身特点,具体研究了圆柱状空间点模型、三角面模型的体素化过程。为最终实现三维模型重建奠定了一定的理论基础。此外,为解决旋转显示屏真三维显示中心区域体素密度过于密集的问题,本文提出了在三维空间内的一种体素均匀校正的方法,该方法利用柱坐标数据在笛卡儿直角坐标系下和模板矩阵进行与操作,在小误差范围内实现体素的均匀化。为旋转显示屏真三维显示系统的进一步完善模型提供了重要的技术方法。本文最后设计并基本实现了一个软件仿真平台,用于模拟旋转显示屏真三维显示系统的真实显示效果。通过模拟,验证了旋转显示屏真三维显示技术成像原理的可行性和正确性。同时也很好的验证了本文提出的圆柱状成像空间体素化算法及体素均匀化算法,达到了预期的令人满意的显示效果。

关键词：真三维立体显示体素体素化体素均匀化图像引擎三维建模

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关于立体视觉与真三维立体显示技术

现代显示 2009年第9期 16-26,29页

作者：王冬翠王惠南南京航空航天大学自动化学院生物医学工程系江苏南京210016

真三维立体显示技术是近年来新兴的三维显示技术,文章从人的视觉生理学角度介绍立体显示的相关原理,阐述真三维立体显示的相关概念。然后将目前的立体显示器进行分类,着重介绍目前现有的真三维立体显示以及其最新的技术发展情况。最后,... 详细信息

真三维立体显示技术是近年来新兴的三维显示技术,文章从人的视觉生理学角度介绍立体显示的相关原理,阐述真三维立体显示的相关概念。然后将目前的立体显示器进行分类,着重介绍目前现有的真三维立体显示以及其最新的技术发展情况。最后,通过比较这几种最新技术的优劣和应用领域,展望了自主开发真三维显示技术的可能性。

关键词：立体视觉体三维立体显示真三维立体显示