传统虚拟视点生成采用像素填充法对生成的虚拟视点图像进行空洞填充和伪影修复, 其修复效果无法满足自由立体显示需求。为了获取高质量的虚拟视点图像, 提出了一种基于深度卷积神经网络的虚拟视点生成方法。该方法采用随机初始化的深度卷积神经网络作为图像先验, 经过卷积神经网络结构的不断迭代, 对虚拟视点图像的空洞和伪影进行修复, 并将得到的高质量虚拟视点图像合成为自由立体图像, 用于自由立体显示。修复后的虚拟视点图像的PSNR均值为25.6, 相比传统像素填充方法有明显提升。实验结果表明, 所提方法能够实现高质量的自由立体显示效果。

利用传统狭缝光栅实现的自由立体显示器, 存在着串扰严重、莫尔条纹明显、可视区域较小、在水平和竖直方向上光损失不平衡等缺陷。针对这些问题, 本文就狭缝光栅的倾斜角度、狭缝宽度、狭缝错开距离等光栅关键参数对立体显示莫尔条纹、串扰、可视区域的影响展开研究, 分析了交错狭缝光栅设计方案, 优化设计了两种狭缝光栅立体显示器件, 分别采用了垂直交错狭缝光栅和倾斜交错狭缝光栅。以4视点的自由立体显示器为例, 以像素半高度将相邻的两段狭缝错开。实验测试结果表明, 当倾角θ为12.2°, 错开距离分别为0.053 7 mm和0.030 2 mm时, 垂直/倾斜交错光栅均能有效减少莫尔条纹的发生。对比发现, 倾斜交错光栅的串扰仅增加1.57%, 但可视区域增加了17.9%, 且在水平和竖直方向上光损失率匹配度较高, 立体显示效果明显改善。

研究了一种采用蝶形液晶开关获得柱透镜式定向背光横向平顶光束的原理和方法，在广义惠更斯-菲涅耳衍射积分理论的基础上，推导出以蝶形液晶开关单元为光源的光束经柱透镜后的衍射光场分布表达式；将蝶形液晶开关单元置于柱透镜的物方焦平面上，利用MATLAB编程模拟不同焦距柱透镜下的横向光场能量分布曲线，并分析了蝶形参数对横向光场能量分布的影响。结果表明，随着蝶形参数减小，横向衍射光场能量均匀度先增大后减小，存在一个蝶形参数值可使能量均匀度达到最大值。

定向背光柱透镜光栅式多视点自由立体显示器的串扰和亮度均匀性问题是影响其广泛应用的主要因素之一.本文通过分析串扰产生的原因, 根据偏轴光线的成像光学原理, 推导出液晶显示屏光开关板列单元与柱透镜组成的偏轴光学系统的参数计算式.提出一种液晶显示屏光开关蝶形单元结构, 设计了采用该蝶形单元的定向背光自由立体显示背光源模组.模拟仿真结果表明：所设计的定向背光自由立体显示背光源可消除自由立体显示的串扰; 在视点平面90%观看区域的串扰度小于0.5%, 光束10%峰值宽度的串扰面积比γ=0, 光束90%峰值宽度比普通液晶单元结构的增大37%, 改善了不同位置观看图像亮度变化大的问题.

在介绍自由立体显示技术工作原理的基础上,分析了该显示技术存在的技术问题,以及为了解决上述技术问题对技术方案做出的改进。其中,重点介绍了自由立体显示技术在2D与3D显示兼容性、分辨率和视角数目、自然3D显示以及3D图像触控方面的性能提升。

在多视点自由立体显示中, 针对柱透镜光栅参数与显示器像素不匹配造成的串扰问题, 提出利用图像插值的合成方法对图像进行缩放处理。以9视点为例, 提出缩放比例系数k, 实现双线性插值算法的改进。嵌入式样机测试结果表明, 该方法能够满足显示器像素宽度与柱透镜参数的完全匹配, 串扰度从13.55%降低到1.40%, 降低了12.15%, 图像分辨率明显提高, 立体显示效果更好。

提出一种双层交错结构的驱动电极控制液晶分子偏转的可控液晶光栅.利用光刻和镀膜工艺在玻璃基板上制作掺铝氧化锌-二氧化硅-掺铝氧化锌双层交错结构的驱动电极, 采用液晶成盒工艺将制备好的驱动电极基板和公共电极基板组装成液晶盒.与传统单层控制电极相比, 双层交错电极实现了基板的无缝覆盖, 避免了各电极存在的空白区, 使得器件的控制区域变得完整与灵活.光学显微镜测试表明, 掺铝氧化锌第一电极和第二电极的宽度为275.8, 两者之间通过SiO2介质层隔离并相互交错覆盖在玻璃基板上.结合液晶光栅驱动电路, 可控液晶光栅能有效地控制遮光区与透光区的比值, 实现不同3D视差图片在同一套系统中的实时切换播放, 在多视点3D实时切换显示领域有一定的应用前景.

为了评价自由立体显示器的光学性能，以八视点狭缝光栅自由立体显示器为例，针对不同的视点图像，测量了不同视角下的亮度值与色度值，研究自由立体显示器的光学性能，其光学性能包括自由立体显示器的最佳观看位置、串扰、可视范围、亮度均匀性、色度均匀性和莫尔条纹。结果表明，这种测量及分析方法实现了对多视点立体显示器光学性能的定量评估，增强了评估立体显示器性能的客观性，对自由立体显示器的设计具有指导意义。

自由立体显示中的视频图像在合成过程中存在速度要求高,图像处理数据量大等特点,在显示过程中,一旦用户偏离有效观看视区则无法看到正确的立体图像,到目前为止这些问题仍然存在,并阻碍着立体显示行业的发展。针对这种情况,提出了一种结合人眼跟踪算法的立体视频合成系统。通过判断人眼在屏幕前的位置,实时调整立体图像融合算法,使人眼始终能看到正确的立体图像对。由于该系统对跟踪的实时性和精确度要求较高,之前已有的算法很难同时在这两方面表现出色,因此提出了一种改进的人眼跟踪算法。该算法核心是基于ASM模型的人脸检测,并充分考虑了现场噪声和人体姿态频繁调整的特点,对ASM模型建立时空缓冲模型,处理结果直接映射到实际光栅空间分布模型中。根据当前ASM缓冲模型和光栅空间分布对应的映射点,对显示的图像进行相应的立体合成处理。这种自动跟踪人眼位置的立体视频显示方法跟踪速度快,位置计算精确,有效地扩大了立体视图区域。实验结果表明,该方法使观看者可以自由移动,在适当的范围内都可以看到清晰的立体影像,同时视频合成与播放的速度流畅,大幅提高了用户观看的舒适感。