开发了基于双层显示屏幕架构的防窥显示技术方案, 可实现共享显示和防窥显示切换功能。本文首先对双层屏幕架构的光场显示模型进行分析, 提取出双图像叠加算法的数据要求, 给出双屏幕像素点空间对应及亮度随视角变换关系, 再利用深度学习算法得出双层屏幕图像拆分结果, 并进行仿真模拟评估防窥显示效果, 最后搭建双层屏幕样机实测分析模型和仿真效果准确性, 评价样机大视角防窥效果。通过计算和比较侧视角图像和原图像的差异, 认为侧视角图像SSIM<0.2时有明显防窥效果, 再利用实际样机进行可视角度实验, 验证了防窥性与计算值基本相符。实验结果表明拆分图像叠加效果符合光场显示模型, 在45°以上视角基本实现防窥显示。

基于光学系统结构研究了硬性内窥镜光学系统内部杂散光的成因及抑制方法, 以提高其成像效果。通过Lighttools软件进行光线追迹, 分析了硬性内窥镜光机结构的杂散光; 通过杂光路径分析, 提出光线在中继系统和物镜组中发生全反射是硬性内窥镜存在杂散光的原因, 由此研究了相应的杂散光抑制方法: 即调整物镜组结构控制系统中光线传播的路径, 并在光学系统优化过程中加入相应的控制条件。最后, 采用提出的方法设计了视场角为70°, 透镜直径为2.7 mm的高成像性能消杂散光硬性关节镜。验证实验显示, 研制的硬性内窥镜光学系统在100 lp/mm 处各视场的调制传递函数(MTF)值均在0.4以上, 逼近衍射极限。光线追迹结果表明, 在物镜组中消除杂散光可避免光线在棒镜内壁全反射, 完全消除杂散光并保证良好的像质。

设计了一种高清成像的硬性内窥镜。通过控制特征光线在中继透镜表面上的入射高度和出射角，可保证有效视场和通光孔径内所有的光线在口径为2.7 mm的透镜组中正常传播。将入瞳直径提高到0.3 mm，使物方分辨率优于21 lp/mm，角分辨率为8.45 C/(°)。同时有效避免棒镜内壁的全反射杂光导致像质下降。系统成像质量达到了衍射极限，调制传递函数值在空间频率120 lp/mm处大于0.3；通过将系统设置为多重物距的结构实现大景深设计。加入目镜优化设计后，整体系统的调制传递函数值在空间频率3 lp/mrad处为0.1，达到了人眼的分辨极限。测试验证表明，完成研制的内窥镜系统分辨率达到设计值。