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1. 基于數(shù)字微鏡器件的高分辨率計(jì)算全息顯示

全息顯示技術(shù)通過(guò)記錄和再現(xiàn)物體的波前來(lái)重建具有正確深度信息的三維圖像，可以克服其他三維顯示技術(shù)中輻輳調(diào)焦不匹配,、人眼視覺(jué)疲勞等不足,，在教育、軍事、工業(yè),、醫(yī)療,、娛樂(lè)等行業(yè)中應(yīng)用廣泛。隨著計(jì)算機(jī)軟硬件性能的提升和光電器件技術(shù)的發(fā)展,，基于空間光調(diào)制器的計(jì)算全息顯示成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn),，可以存儲(chǔ)或顯示虛擬的目標(biāo)物體，方便進(jìn)行異地傳輸,、遠(yuǎn)程連接或?qū)崟r(shí)動(dòng)態(tài)顯示等,。然而，空間光調(diào)制器都是像素化的調(diào)制器件,，其調(diào)制動(dòng)態(tài)范圍和精度有限,，因此計(jì)算全息受到光電器件參數(shù)（例如器件像素大小和總體尺寸）和計(jì)算負(fù)荷等的影響，很難實(shí)現(xiàn)高分辨率大尺寸的動(dòng)態(tài)全息顯示,。

針對(duì)全息圖局部信息可完整再現(xiàn)物面信息的特性,，桑新柱、李會(huì)等人提出了一種基于數(shù)字微鏡器件的高分辨率大尺寸全息顯示方法,。該方法利用計(jì)算機(jī)渲染或相關(guān)變換方法生成高分辨率輸入圖像,，利用菲涅爾衍射算法和傅立葉變換并行計(jì)算提升全息圖的分辨率，根據(jù)數(shù)字微鏡器件特性進(jìn)行衍射圖像的時(shí)空復(fù)用與動(dòng)態(tài)融合,，有效提升計(jì)算全息顯示的分辨率與動(dòng)態(tài)效率,。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法可實(shí)現(xiàn)大尺寸高分辨率的動(dòng)態(tài)全息顯示效果,，突破了數(shù)字微鏡器件固有的像素?cái)?shù)目及分辨率限制,，利用并行計(jì)算方法大大提升了高分辨率計(jì)算全息顯示的計(jì)算效率。當(dāng)加載不同時(shí)間序列的子全息圖時(shí)均可達(dá)到高分辨率重建,，根據(jù)人眼的視覺(jué)暫留效應(yīng),，使用像素分辨率為 2K 的數(shù)字微鏡器件可顯示 8K 甚至更高分辨率的重建圖像。

圖1：實(shí)驗(yàn)光路圖與高分辨率動(dòng)態(tài)全息顯示方法

圖源：液晶與顯示, 2022, 37(5):625-631.

  論文信息  

李會(huì), 桑新柱*, 仲崇力, 秦秀娟, 王葵如, 顏玢玢. 基于數(shù)字微鏡器件的高分辨率計(jì)算全息顯示[J]. 液晶與顯示, 2022, 37(5): 625-631.

https://cjlcd.lightpublishing.cn/thesisDetails#10.37188/CJLCD.2022-0038

2. 基于預(yù)處理卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)提升 3D 光場(chǎng)顯示視覺(jué)分辨率的方法

3D 光場(chǎng)顯示技術(shù)因具有較大的觀看視角,、密集的觀看視點(diǎn)而被研究學(xué)者們關(guān)注,。分辨率是 3D 光場(chǎng)顯示技術(shù)的一個(gè)重要參數(shù)，提升分辨率的方法較為復(fù)雜,，因此研究學(xué)者們開(kāi)始關(guān)注視覺(jué)分辨率,。為了提高 3D 光場(chǎng)顯示的視覺(jué)分辨率，高鑫,、于迅博,、桑新柱等人提出了基于預(yù)處理卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)提升 3D 光場(chǎng)顯示視覺(jué)分辨率的方法。首先根據(jù)彌散斑之間相互疊加的情況建立了 3D 光場(chǎng)顯示視覺(jué)分辨率增強(qiáng)模型,，然后對(duì)現(xiàn)有透鏡陣列中的光學(xué)元件進(jìn)行像差分析,，提取高斯核陣列,，其次基于高斯核陣列、高分辨率的基元圖像陣列搭建了深度學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),，網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過(guò)約 50,000 次的迭代可以收斂,，用時(shí) 1800s。將收斂后的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于初始基元圖像陣列,，進(jìn)而得到可用于視覺(jué)分辨率增強(qiáng)的預(yù)處理基元圖像陣列,。光學(xué)實(shí)驗(yàn)中，采用了由定向擴(kuò)散膜,、透鏡陣列和 LCD 組成的光場(chǎng)顯示系統(tǒng),。透鏡陣列規(guī)模為 53×30，相鄰?fù)哥R單元之間的中心距離是 13 mm,，LCD 的尺寸為 32 英寸,，分辨率為 7680×4320。在 70 度的視角內(nèi),，由視覺(jué)分辨率增強(qiáng)方法產(chǎn)生的 3D 圖像更加清晰,，并提供了更多的街道細(xì)節(jié)信息,。

圖2：未使用優(yōu)化方法和采用視覺(jué)分辨率增強(qiáng)方法的街道場(chǎng)景的三維光場(chǎng)顯示

圖源：液晶與顯示, 2022, 37(5):549-554.

  論文信息  

于迅博,，李涵宇，高鑫*,，桑新柱,，顏玢玢，粟曦雯,，溫旭東,，徐斌，王越笛. 基于預(yù)處理卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)提升3D光場(chǎng)顯示視覺(jué)分辨率的方法[J]. 液晶與顯示, 2022, 37(5):549-554.

https://cjlcd.lightpublishing.cn/thesisDetails#10.37188/CJLCD.2022-0044

 3. 一種裸眼 3D 顯示中的多視點(diǎn)校正方案

 裸眼 3D 顯示中傳統(tǒng)的多視點(diǎn)采集方式為均勻采集,。研究表明,，因柱透鏡光柵存在畸變，導(dǎo)致顯示器構(gòu)建的視點(diǎn)分布并不均勻,，進(jìn)而導(dǎo)致顯示器視點(diǎn)和采集視點(diǎn)不匹配,，產(chǎn)生了視點(diǎn)圖像錯(cuò)位、透視關(guān)系錯(cuò)誤等問(wèn)題,，影響最終的觀看體驗(yàn),。因此，提出一種針對(duì)裸眼 3D 中多視點(diǎn)圖像的校正方案,，使采集視點(diǎn)匹配顯示器視點(diǎn)分布,，并填充正確視點(diǎn)圖像，對(duì)提升光柵裸眼 3D 顯示的觀看效果是尤為必要的,。

針對(duì)上述問(wèn)題,，于迅博、李寧馳、桑新柱等人提出了一種多視點(diǎn)圖像分布校正方案,，由一種視點(diǎn)篩選算法和中間視點(diǎn)生成網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成,，結(jié)合空間視點(diǎn)真實(shí)分布規(guī)律，針對(duì)均勻采集的多視點(diǎn)圖像進(jìn)行視點(diǎn)篩選,，以指導(dǎo)中間視點(diǎn)預(yù)測(cè)網(wǎng)絡(luò)生成對(duì)應(yīng)位置的虛擬視點(diǎn),，使之匹配顯示器構(gòu)建視點(diǎn)位置；提出了一種基于光流預(yù)測(cè)模塊和融合校正網(wǎng)絡(luò)的高效中間視點(diǎn)生成網(wǎng)絡(luò),，在 34 ms 內(nèi)渲染插值視點(diǎn),，生成視點(diǎn)與真值的 PSNR 在 30 dB 以上。實(shí)驗(yàn)證明該方案為顯示器視點(diǎn)填充了正確的視差圖,，有效地解決了顯示器空間視點(diǎn)和采集視點(diǎn)的位置不匹配問(wèn)題,、提升了光柵立體顯示器的觀看質(zhì)量。該工作有望在虛擬視點(diǎn)生成,、平滑運(yùn)動(dòng)視差,、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等領(lǐng)域得到進(jìn)一步擴(kuò)展和應(yīng)用。

圖3：多視點(diǎn)采集校正方案

圖源：液晶與顯示, 2022, 37(5):605-612.

  論文信息  

李寧馳,，于迅博*,，高鑫，顏玢玢,，桑新柱,，溫旭東，徐斌. 一種裸眼3D顯示中的多視點(diǎn)校正方案[J]. 液晶與顯示, 2022, 37(5): 605-612.

https://cjlcd.lightpublishing.cn/thesisDetails#10.37188/CJLCD.2022-0039

4. 一種視點(diǎn)均勻分布的桌面式光場(chǎng)顯示系統(tǒng)

三維電子沙盤(pán)可以顯示高質(zhì)量的三維地理地形圖像,，幫助使用者更加形象具體地判斷地理結(jié)構(gòu)和地形細(xì)節(jié),，從而提高工作的精確性和效率?；谝朁c(diǎn)分段式體像素的桌面式光場(chǎng)顯示系統(tǒng)具有正面觀看視區(qū)以及 100° 超大視角,，能夠顯示具有全視差的高質(zhì)量三維圖像，是實(shí)現(xiàn)三維電子沙盤(pán)的一個(gè)可靠解決方案,。但是,，該系統(tǒng)構(gòu)建的視點(diǎn)在空間中分布不均勻，導(dǎo)致顯示的三維圖像出現(xiàn)透視關(guān)系不正確以及視點(diǎn)間的串?dāng)_等問(wèn)題,，影響顯示質(zhì)量,。

針對(duì)上述問(wèn)題，于迅博,、徐斌,、桑新柱等人分析發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)采用的柱透鏡存在像差，使得定向光線(xiàn)經(jīng)過(guò)透鏡折射后無(wú)法會(huì)聚于一點(diǎn),，而是形成彌散斑的形狀,。根據(jù)斯涅爾定律,，透鏡對(duì)邊緣光線(xiàn)的折射能力更強(qiáng)，使得視點(diǎn)在視區(qū)中間分布密集,，視區(qū)邊緣分布稀疏,。為了均勻系統(tǒng)的視點(diǎn)分布，提升顯示性能,，采用非球面對(duì)透鏡面型進(jìn)行優(yōu)化,，能夠減少透鏡數(shù)量，避免復(fù)雜的透鏡結(jié)構(gòu),。引入非球面對(duì)透鏡進(jìn)行光學(xué)優(yōu)化,，采用阻尼最小二乘法對(duì)初級(jí)像差和其他高階像差進(jìn)行迭代優(yōu)化，計(jì)算出最優(yōu)的結(jié)果,。經(jīng)過(guò)優(yōu)化后,，透鏡所形成彌散斑的均方根半徑由 66.640 μm 減小為 0.404 μm，透鏡的像差得到了極大抑制,。采用所設(shè)計(jì)的透鏡進(jìn)行實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn),，系統(tǒng)視點(diǎn)的均勻性得到了顯著提升，顯示圖像透視關(guān)系不正確以及視點(diǎn)間的串?dāng)_等問(wèn)題都得到了明顯改善,。

圖4：基于視點(diǎn)分段式體像素的桌面光場(chǎng)顯示系統(tǒng)的光路圖

圖源：液晶與顯示, 2022, 37(5):573-580.

  論文信息  

徐斌,，于迅博*，高鑫,，桑新柱. 一種視點(diǎn)均勻分布的桌面式光場(chǎng)顯示系統(tǒng)[J]. 液晶與顯示, 2022, 37(5): 573-580.

https://cjlcd.lightpublishing.cn/thesisDetails#10.37188/CJLCD.2022-0041