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优势明显!韩国研究人员打造新型光学显示器,可大幅提升3D投影设备分辨率

韩国研究人员将两种场景生成技术——多焦显示(multifocal display)和集成成像(integral imaging)——融合在一起,创造出了大尺寸、超高清的3D图片。

这是一次全光学技术的结合,仍在原型形式,避开了与现有的光场显示相关的数字处理瓶颈。它还允许在不需要特殊的3D眼镜或护目镜的情况下进行3D观看,这种方法被称为自动立体镜(autostereoscopy)。

在过去的十年里,人们对无需佩戴头显设备的3D视觉的浓厚兴趣,促进了光场显示器的发展,这种显示器可以调节光的方向和强度。然而,由于平板显示器中有大量的像素,并且需要大量的射线来表示像素,层析成像技术需要大量的计算处理能力,这与终端用户想要更大的显示器的愿望相悖。

一种以投影为基础的技术,称为整体成像(integral imaging),概念在20世纪初首次提出,通过使用二维微透镜阵列,以“元素图像”(elemental image)的形式捕捉场景,并再现场景,再现光场。这种方法可以比独立的多焦显示器更好地放大图像,但代价是图像质量。该技术还包含大量冗余数据,使其效率低下。

这种新型显示器通过微透镜阵列(光学拾取器)自动映射光线,将多焦点显示器生成的物体转换为投影体进行整体成像。转换后的信息可以通过投影镜头放大到大屏幕上。投影后,以与现有整体成像系统相似的方式,通过另一个透镜阵列重建物体显示体积。

由韩国首尔国立大学工程学教授、OSA研究员李炳浩(byounggho Lee)领导的一个团队,已经开发了一种融合了上述两种技术优点的原型设备。该光学结构的光路包括背光、聚焦可调透镜两侧的中继透镜、像面、微透镜阵列、投影透镜、宏透镜阵列和重构面。

研究人员用市场场景的“库存图像”、思想者雕像、一组同心圆和西门子的星爆目标来测试他们的光学装置。他们重建的3D图像的分辨率为21.4×21.4×32厘米,相当于2860万像素,大约是原始图像的36倍。

研究人员们意识到,在光学系统准备投入商业使用之前,还需要做更多的工作。首先,研究人员需要降低多焦显示的复杂性,这样它就可以放进一个紧凑的投影仪中。其次,透镜阵列和焦距可调透镜需要优化以减少像差。byounggho Lee教授乐观地认为,这种类型的3D投影设备在2-3年内可能会商业化。


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