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1. 基于數(shù)字微鏡器件的高分辨率計算全息顯示

全息顯示技術(shù)通過記錄和再現(xiàn)物體的波前來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、人眼視覺疲勞等不足,，在教育,、軍事、工業(yè),、醫(yī)療,、娛樂等行業(yè)中應用廣泛。隨著計算機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)制器的計算全息顯示成為當前的研究熱點,，可以存儲或顯示虛擬的目標物體，方便進行異地傳輸,、遠程連接或?qū)崟r動態(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)制動態(tài)范圍和精度有限,，因此計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）和計算負荷等的影響，很難實現(xiàn)高分辨率大尺寸的動態(tài)全息顯示,。

針對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,。該方法利用計算機渲染或相關(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算提升全息圖的分辨率，根據(jù)數(shù)字微鏡器件特性進行衍射圖像的時空復用與動態(tài)融合,，有效提升計算全息顯示的分辨率與動態(tài)效率,。實驗結(jié)果表明，該方法可實現(xiàn)大尺寸高分辨率的動態(tài)全息顯示效果,，突破了數(shù)字微鏡器件固有的像素數(shù)目及分辨率限制,，利用并行計算方法大大提升了高分辨率計算全息顯示的計算效率。當加載不同時間序列的子全息圖時均可達到高分辨率重建,，根據(jù)人眼的視覺暫留效應,，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：實驗光路圖與高分辨率動態(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, 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. 基于預處理卷積神經(jīng)網(wǎng)絡提升 3D 光場顯示視覺分辨率的方法

3D 光場顯示技術(shù)因具有較大的觀看視角,、密集的觀看視點而被研究學者們關(guān)注,。分辨率是 3D 光場顯示技術(shù)的一個重要參數(shù)，提升分辨率的方法較為復雜,，因此研究學者們開始關(guān)注視覺分辨率,。為了提高 3D 光場顯示的視覺分辨率，高鑫,、于迅博,、桑新柱等人提出了基于預處理卷積神經(jīng)網(wǎng)絡提升 3D 光場顯示視覺分辨率的方法,。首先根據(jù)彌散斑之間相互疊加的情況建立了 3D 光場顯示視覺分辨率增強模型，然后對現(xiàn)有透鏡陣列中的光學元件進行像差分析,，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習神經(jīng)網(wǎng)絡,，網(wǎng)絡經(jīng)過約 50,000 次的迭代可以收斂,，用時 1800s。將收斂后的網(wǎng)絡應用于初始基元圖像陣列,，進而得到可用于視覺分辨率增強的預處理基元圖像陣列,。光學實驗中，采用了由定向擴散膜,、透鏡陣列和 LCD 組成的光場顯示系統(tǒng),。透鏡陣列規(guī)模為 53×30，相鄰透鏡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),，由視覺分辨率增強方法產(chǎn)生的 3D 圖像更加清晰,，并提供了更多的街道細節(jié)信息。

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

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. 基于預處理卷積神經(jīng)網(wǎng)絡提升3D光場顯示視覺分辨率的方法[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 顯示中的多視點校正方案

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

針對上述問題,，于迅博,、李寧馳、桑新柱等人提出了一種多視點圖像分布校正方案,，由一種視點篩選算法和中間視點生成網(wǎng)絡構(gòu)成,，結(jié)合空間視點真實分布規(guī)律，針對均勻采集的多視點圖像進行視點篩選,，以指導中間視點預測網(wǎng)絡生成對應位置的虛擬視點,，使之匹配顯示器構(gòu)建視點位置；提出了一種基于光流預測模塊和融合校正網(wǎng)絡的高效中間視點生成網(wǎng)絡,，在 34 ms 內(nèi)渲染插值視點,，生成視點與真值的 PSNR 在 30 dB 以上。實驗證明該方案為顯示器視點填充了正確的視差圖,，有效地解決了顯示器空間視點和采集視點的位置不匹配問題,、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生成,、平滑運動視差,、增強現(xiàn)實等領(lǐng)域得到進一步擴展和應用。

圖3：多視點采集校正方案

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. 一種視點均勻分布的桌面式光場顯示系統(tǒng)

三維電子沙盤可以顯示高質(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)和地形細節(jié),，從而提高工作的精確性和效率?；谝朁c分段式體像素的桌面式光場顯示系統(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，是實現(xiàn)三維電子沙盤的一個可靠解決方案,。但是,，該系統(tǒng)構(gòu)建的視點在空間中分布不均勻，導致顯示的三維圖像出現(xiàn)透視關(guān)系不正確以及視點間的串擾等問題,，影響顯示質(zhì)量,。

針對上述問題，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,，使得定向光線經(jīng)過透鏡折射后無法會聚于一點，而是形成彌散斑的形狀,。根據(jù)斯涅爾定律,，透鏡對邊緣光線的折射能力更強，使得視點在視區(qū)中間分布密集,，視區(qū)邊緣分布稀疏,。為了均勻系統(tǒng)的視點分布,，提升顯示性能,，采用非球面對透鏡面型進行優(yōu)化,，能夠減少透鏡數(shù)量，避免復雜的透鏡結(jié)構(gòu),。引入非球面對透鏡進行光學優(yōu)化,，采用阻尼最小二乘法對初級像差和其他高階像差進行迭代優(yōu)化，計算出最優(yōu)的結(jié)果,。經(jīng)過優(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,。采用所設計的透鏡進行實驗后發(fā)現(xiàn),，系統(tǒng)視點的均勻性得到了顯著提升，顯示圖像透視關(guān)系不正確以及視點間的串擾等問題都得到了明顯改善,。

圖4：基于視點分段式體像素的桌面光場顯示系統(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. 一種視點均勻分布的桌面式光場顯示系統(tǒng)[J]. 液晶與顯示, 2022, 37(5): 573-580.

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