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1、基于微透鏡陣列實(shí)現(xiàn)全真立體顯示技術(shù)的研究作者：謝俊國(guó)，周永明，于丙濤【摘要】本文提出采用微透鏡陣列的光學(xué)器件實(shí)現(xiàn)各方向全真的立體顯示技術(shù)，介紹了陣列圖像的獲取方法，并提出一種由狹縫光柵和柱鏡光柵膜復(fù)合的顯示屏結(jié)構(gòu)方案，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明該方案是可行的?！娟P(guān)鍵詞】微透鏡陣列;柱鏡光柵;狹縫光柵;全真的立體Researchonatechnologyofrealizingintegral3DvisionAbstract:Thisarticlepresentsamodeltorealizeintegral3dvisionbasedonmicrolensarrayo
2、pticalinstruments.Itintroducesthemethodofacquiringarraypicturesandproposesaplanofdisplayingpanelstructure,binedbyalenticularandparallaxbarrier.Theresultsshoodelispracticalandfeasible.Keyicrolensarray；lenticular；parallaxbarrier；integral3D目前，光柵立體成像技術(shù)都采用柱鏡狀光柵或狹縫光柵對(duì)水平視差立體抽樣圖進(jìn)行角度選擇，
3、配合人的雙眼視差融合作用形成立體顯示；因光柵縱向排列，可實(shí)現(xiàn)圖像在水平方向立體顯示效果，但縱向不具有立體效果。本文提出采用矩陣排列微透鏡原理的光學(xué)器件實(shí)現(xiàn)具有各方向真實(shí)的空間立體顯示的方案，并應(yīng)用在LCD顯示模組上，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明全真立體顯示方案是可行的。1全真立體圖像獲取及合成微透鏡陣列原理的立體顯示技術(shù)最早由法國(guó)物理學(xué)家加布里埃爾·李普曼在1908年首先提出，他宣稱使用微小凸透鏡陣列（microlensarray）可有效的記錄全真圖像，又稱集成式圖像［1］（integralimaging），這種圖像具有類似全息攝影的立體顯示效果。限于微透鏡陣列加工
4、技術(shù)的精密要求極高，以及早期圖像光學(xué)合成［2］處理的困難而難于實(shí)現(xiàn)。進(jìn)入21世紀(jì)，隨著精密光學(xué)技術(shù)與計(jì)算機(jī)圖形圖像處理技術(shù)的發(fā)展［3］，使微透鏡陣列立體顯示成為可能。1.1具有縱橫視差立體圖像的獲取矩陣視差圖樣的來源可根據(jù)視差原理由計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)，也可如圖1所示由矩陣排列相機(jī)采集；這種攝影裝置可用于采集動(dòng)態(tài)圖像，也稱之為“蠅眼式照相陣列”，可有效的記錄全方向立體視差圖像。為降低研究成本，我們采用數(shù)碼單反相機(jī)縱橫平移拍攝靜物獲得極好的前期實(shí)驗(yàn)樣圖。圖1相機(jī)陣列同步攝影裝置1.2圖像分割合成方法實(shí)驗(yàn)布置如圖2所示，用4行4列相機(jī)矩陣攝取縱橫序列立體視差圖
5、A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K、L、M、N共16幅，每幅圖分割為M×N個(gè)微圖單元。M、N取值越大圖越清晰細(xì)膩。設(shè)微透鏡陣列顯示板寬高比例與相機(jī)圖像相同，則該數(shù)值取決于微透鏡陣列顯示板行列參數(shù)p、q。圖3為示意圖，取M=N=4，每一幅圖分割為1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16共十六個(gè)微圖塊，再合成為“IMG3D”圖像，“IMG3D”圖像由16個(gè)4×4像素塊組成，每一像素塊對(duì)應(yīng)于一個(gè)微透鏡下的像素排列，注意排列方向逆序。圖24×4相機(jī)陣列視差圖像獲取圖3圖像分割與合成原理示意圖實(shí)驗(yàn)中我們也采用了3D-
6、18四鏡頭立體相機(jī)［3］采集和軟件模擬的方式，并采用自編軟件進(jìn)行數(shù)碼處理實(shí)現(xiàn)圖像的分割與合成。2全方向LCD立體圖像顯示原理〖*2〗2.1微透鏡陣列結(jié)構(gòu)2.1.1方切微透鏡陣列圖4為方切微透鏡陣列板，具有板面覆蓋率高，定位方便，算法簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。其中ｄ為板厚度，一般取ｄ＝Ｆ.Ｆ為透鏡焦距，ａ，ｂ為方切微透鏡行列間距，若ａ＝ｂ稱對(duì)稱式微透鏡陣列。圖4方切微透鏡陣列上述微透鏡陣列模具制作難度大，工藝要求高，各個(gè)微凸透鏡的邊緣易產(chǎn)生融合變形失真，因此高精細(xì)面板制作成本較高。2.1.2圓形微透鏡陣列圓形微透鏡陣列制作工藝已比較成熟［4］，在國(guó)內(nèi)已有運(yùn)用光刻膠熱
7、熔成形的方法［5］，制作出單元透鏡直徑90—300μm，中心間隔100—320μm，面積20×20mm以上的光刻膠折射型微透鏡陣列。在此基礎(chǔ)上，采用微電鑄鎳的方法進(jìn)行成形，獲得了表面圖形偏差不超過1.0μm的較高精度的鎳模板，可用于批量復(fù)制(圖5)。圖5圓形微透鏡陣列圓形微透鏡陣列比方切微透鏡陣列板面覆蓋率低，圖像損失略大。根據(jù)微透鏡陣列排列方式可分為品字排列、田字排列、六角排列等不同種類，相應(yīng)圖像制備要求也不同。微透鏡陣列板總體成本、精度要求等均高于技術(shù)成熟的狹縫光柵與柱鏡光柵，因此，實(shí)驗(yàn)方案上也采用了下述仿微鏡措施。2.1.3線型光柵仿透鏡陣列結(jié)
8、構(gòu)采用線型狹縫光柵薄膜與軟質(zhì)柱鏡光柵膜縱橫膠合模擬一種微透鏡陣列板，如圖6所示。圖6狹縫光柵與柱鏡光柵縱橫膠
