韩东成 1,2,3杨世植 1,3,*赵强 4,**张亮亮 5邓燕 4
作者单位
摘要
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所大气光学重点实验室,安徽 合肥 230031
2 中国科技大学研究生院科学岛分院,安徽 合肥 230026
3 安徽省先进激光技术实验室,安徽 合肥 230037
4 安徽建筑大学环境与能源工程学院,安徽 合肥 230601
5 安徽省东超科技有限公司,安徽 合肥 230088
本文介绍了一种波长宽、响应快的静态体三维显示系统,包括显示介质、控制系统及激光系统三部分。实验中,选取具有双频上转换效应的NaYF4∶Er@NaGdF4∶Yb@NaYF4∶Er纳米晶溶液作为显示介质。控制系统选用1024×768的数字微镜显示器(DMD)及扫描振镜对红外激光进行投影,使用成像光学软件将立体图像的二维切片转换为DMD/扫描振镜的控制信号。激光系统选用1550 nm和850 nm的红外激光,用适当的光学元件调整光束和光路。最终在纳米晶的环己烷溶液中(1 mmol/mL)以30×1024×768的分辨率实现了绿色(532 nm)三维图像体的快速扫描,图像无闪烁、深度线索自然、可360°观看。该显示系统对材料性能要求不高,搭建方便,显示效果明显,为上转换材料在三维显示领域的初步研究及大尺寸体三维显示技术的探究提供了参考。
体三维显示 双步双频上转换 NaYF4纳米晶 数字微镜显示器 
光学学报
2024, 44(8): 0811002
Author Affiliations
Abstract
1 Department of Electronic Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China
2 State Key Laboratory of Optoelectronic Materials and Technologies, School of Physics, Sun Yat-Sen University, Guangzhou 510275, China
Virtual reality (VR) and augmented reality (AR) are revolutionizing our lives. Near-eye displays are crucial technologies for VR and AR. Despite the rapid advances in near-eye display technologies, there are still challenges such as large field of view, high resolution, high image quality, natural free 3D effect, and compact form factor. Great efforts have been devoted to striking a balance between visual performance and device compactness. While traditional optics are nearing their limitations in addressing these challenges, ultra-thin metasurface optics, with their high light-modulating capabilities, may present a promising solution. In this review, we first introduce VR and AR near-eye displays, and then briefly explain the working principles of light-modulating metasurfaces, review recent developments in metasurface devices geared toward near-eye display applications, delved into several advanced natural 3D near-eye display technologies based on metasurfaces, and finally discuss about the remaining challenges and future perspectives associated with metasurfaces for near-eye display applications.
metasurface near-eye display virtual reality augmented reality 3D display 
Opto-Electronic Science
2023, 2(8): 230025
作者单位
摘要
1 常州工学院 光电信息工程学院 江苏 常州 213032
2 四川大学 电子信息学院 四川 成都 610065
悬浮显示技术是一种非常具有发展前景的显示技术,它可以将图像显示在空中,给观看者带来沉浸感和临场感的体验。目前国内悬浮3D显示技术研究还处于初级阶段。文章提出基于集成成像的悬浮3D显示系统,系统由集成成像3D显示器、半透半反镜和逆反光膜组成; 分析了集成成像3D显示的工作原理和逆反光膜的悬浮显示原理。将集成成像3D显示技术与基于逆反光膜的悬浮显示技术相结合,集成成像3D显示器发出的光线经过半透半反镜的反射到达逆反光膜,逆反光膜将光线以入射的角度进行反射并重建出3D图像,在实现3D图像悬浮显示的同时也解决了集成成像3D图像深度反转的问题,但是3D图像的亮度被大幅度的降低。系统为悬浮3D显示提供新的理论依据,为解决集成成像3D图像深度反转提供新的方法。
悬浮3D显示 逆反光膜 集成成像 深度反转 floating 3D display Retro-reflector film integral imaging depth inversion 
光学技术
2023, 49(4): 412
胡驰 1孙国斌 1蒋世磊 1周艳 1[ ... ]张锦 1,*
作者单位
摘要
1 西安工业大学光电工程学院,陕西 西安 710021
2 电磁空间安全全国重点实验室,天津 300308
在多平面全息图的设计过程中,为了减小各平面之间的相互串扰,本文提出了一种改进的加权迭代多平面全息图生成方法,使用权值约束来减少各平面之间的相互影响,从而提高多平面全息显示的质量。通过对全息图的约束控制,可以使各平面的目标强度分布更均匀,并且在不降低计算速度的前提下,该方法相比于未进行约束控制时相当或具有更高的重建质量。为了验证结果,使用了相同和不同的目标图像,对6个离散平面的多平面全息图进行了数值模拟与实验验证。本文为高质量的多平面全息显示提供了一种新方法。
计算全息 多平面全息 三维显示 加权迭代 全息显示 
光学学报
2023, 43(23): 2309001
Author Affiliations
Abstract
1 School of Instrumentation and Optoelectronic Engineering, Beihang University, Beijing 100191, China
2 College of Electronics and Information Engineering, Sichuan University, Chengdu 610065, China
Light field 3D display technology is considered a revolutionary technology to address the critical visual fatigue issues in the existing 3D displays. Tabletop light field 3D display provides a brand-new display form that satisfies multi-user shared viewing and collaborative works, and it is poised to become a potential alternative to the traditional wall and portable display forms. However, a large radial viewing angle and correct radial perspective and parallax are still out of reach for most current tabletop light field 3D displays due to the limited amount of spatial information. To address the viewing angle and perspective issues, a novel integral imaging-based tabletop light field 3D display with a simple flat-panel structure is proposed and developed by applying a compound lens array, two spliced 8K liquid crystal display panels, and a light shaping diffuser screen. The compound lens array is designed to be composed of multiple three-piece compound lens units by employing a reverse design scheme, which greatly extends the radial viewing angle in the case of a limited amount of spatial information and balances other important 3D display parameters. The proposed display has a radial viewing angle of 68.7° in a large display size of 43.5 inches, which is larger than the conventional tabletop light field 3D displays. The radial perspective and parallax are correct, and high-resolution 3D images can be reproduced in large radial viewing positions. We envision that this proposed display opens up possibility for redefining the display forms of consumer electronics.
tabletop light field 3D display integral imaging compound lens array radial viewing angle 
Opto-Electronic Advances
2023, 6(6): 220178
作者单位
摘要
清华大学 精密仪器系 精密测试技术及仪器国家重点实验室,北京 100084
计算全息作为一种三维显示手段,能够基于衍射计算实现对目标光场的精确重建,在元宇宙通讯、AR/VR头戴显示、车载抬头显示等方向均有着重要的应用。如何实现高速且高质量的相位全息图生成是计算全息领域发展的关键问题,也是当前该方向的重要研究课题。近年来,深度学习技术的飞跃式发展为上述问题的解决提供了一条新的技术路径。本文介绍了计算全息技术的基本原理及算法分类,综述了近年来所提出的基于深度学习的计算全息解决方案,比较了各类方案的优势与不足,展望了深度学习技术在计算全息领域的发展与挑战。
计算全息 深度学习 三维显示 卷积神经网络 液晶空间光调制器 computer-generated holography deep learning 3D display convolutional neural network liquid crystal spatial light modulator 
液晶与显示
2023, 38(6): 819
作者单位
摘要
北京邮电大学 电子工程学院,北京 100876
在裸眼3D立体视频观看中,由于存在辐辏调节的矛盾,观看者会产生诸如眩晕、呕吐等视疲劳症状,尤其在医疗、A/VR等场景下,3D视频观看通常为任务驱动,眼动行为由于受到主观控制,单一的眼动特征很难准确评估视觉疲劳,更无法得到视疲劳等级,导致视疲劳无法及时被发现,从而造成不可预估的损失。针对以上问题,本文提出了一种基于多种眼动行为的3D视疲劳等级评估模型,旨在观看3D内容时,通过对注视、扫视、眨眼等眼动行为进行建模分析,得到实时视疲劳等级。本文采用主客观相结合的方法进行实验:受试者观看3D内容,实验人员记录受试者主观打分并利用眼动仪提取受试者客观眼动行为;通过进行相关性分析,探究任务驱动下能够表征3D视疲劳的各种客观眼动行为;利用神经网络建立基于16种眼动行为的视疲劳四等级评估模型。模型对3D视疲劳等级的预测准确率达到82%,证明了模型的有效性。
裸眼3D显示 视疲劳 眼动行为 任务驱动 神经网络 naked eye 3D display eye fatigue eye movements task driving neural network 
液晶与显示
2023, 38(6): 809
作者单位
摘要
1 上海大学机电工程与自动化学院精密机械工程系,上海 200072
2 上海瑞立柯信息科技有限公司,上海 200233
3 宁波维真显示科技股份有限公司,浙江 宁波 315105
全息技术是实现空间悬浮真三维(3D)显示的重要方法。空间光调制器(SLM)作为当前唯一的实时动态全息真3D图像投射仪器,像素量、分辨率等不足限制了其在空间悬浮真三维显示领域的应用。研究多SLM拼接实现高分辨低噪声的空间悬浮真3D显示,首先通过菲涅耳层析法结合空间坐标变换技术,计算获得3D物体360°视角的高分辨率全息图;然后将每张全息图分为相同分辨率的4幅图,加载到阵列式拼接的4个SLMs上,滤除一阶之外的光束后,再现出完整的具有高信息容量高分辨率的全息3D实像;最后利用超声雾化介质进行承载,实现实时动态空间悬浮真3D显示。另外,利用时间平均法对重建像进行噪声抑制研究,实验结果证明该方法可有效地提升空间悬浮全息显示图像的质量。
全息真三维显示 空间悬浮动态显示 多空间光调制器拼接 超声雾化介质 时间平均法 
激光与光电子学进展
2023, 60(8): 0811021
作者单位
摘要
北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院,北京 100191
多屏拼接可以实现不同幅面的集成成像光场三维(3D)显示,但是3D片源生成过程十分复杂。为此,提出一个3D片源渲染平台,该平台可为多屏拼接的集成成像光场3D显示提供片源,使得再现的3D图像正确且无错位。在3D片源渲染过程中,首先计算出微图像阵列的分辨率等参数,利用开放式图形库(OpenGL)渲染出初始微图像阵列;然后,对初始微图像阵列进行拆分、投影变换及重拼接,得到用于拼接集成成像光场3D显示的微图像阵列;将3D片源渲染程序使用应用程序开发框架(Qt)封装为可视化3D片源渲染平台,该平台支持.obj和.fbx等格式的3D模型输入以及16K及以上分辨率的微图像阵列输出。实验结果表明,将3D片源渲染平台生成的微图像阵列用于双8K屏拼接的集成成像光场3D显示器上,可显示正确的3D图像。该3D片源渲染平台可满足多屏拼接的集成成像光场3D显示内容生成需求,有望在展览展示等领域得到应用。
集成成像光场3D显示 3D片源渲染平台 微图像阵列 多屏拼接 
激光与光电子学进展
2023, 60(8): 0811019
作者单位
摘要
浙江大学光电科学与工程学院,浙江 杭州 310027
移动电子设备在人们的日常生活中扮演着越来越重要的角色,具有轻薄特性的便携式三维显示也因此受到了广泛关注。针对移动信息终端的应用需求,重点介绍指向背光显示、压缩光场显示、集成成像显示、指向光场显示这4种便携式三维显示技术的研究进展,并针对便携式设备的应用场景,就如何有效利用显示带宽展开了分析,最后对便携式三维显示未来的发展进行展望。
便携式三维显示 指向背光显示 光场显示 追踪设备 显示带宽 
激光与光电子学进展
2023, 60(8): 0811009

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