編輯推薦

介紹瞭3D顯示領域的技術*新進展

內容簡介

本書為電子工程師、物理學者、平闆顯示設計工作者、學生以及其他學科的相關科學傢全麵學習3D顯示技術提供幫助，詳細全麵地介紹*新的3D顯示技術。涵蓋5種實現3D知覺的方法，即立體顯示技術、自由立體顯示技術、集成成像技術、全息顯示技術及體顯示技術。本書旨在促進對3D係統的光電效應及尋址電路的完整理解。本書重點介紹立體顯示技術和自由立體顯示技術，因為這些技術*接近商業化，並且，立體顯示器的基本組成部分是陣列式偏光膜和更小角度的綫柵偏振器。本書側重於全麵介紹3D顯示領域的發展全麵和*新進展，為技術的未來發展和産業化服務，適閤當前技術和産業發展的需要。

作者簡介

餘宏生，湖北理工學院計算機學院院長、教授，畢業於北京理工大學，獲博士學位，在北京理工大學光電成像國傢重點實驗室工作學習多年，目前在澳大利亞墨爾本做訪問學者。 Ernst Lueder（恩斯特.呂德爾）是美國一傢大學的教授，從事3D顯示技術和液晶顯示技術的研究和教學工作。

目錄

第1章 3D感知心理學 1
1．1 雙目視覺或人類立體視覺 1
1．2 位置和視差的失配及焦深、景深 3
1．3 視差的距離定標 7
1．4 兩眼間的串擾 7
1．5 深度感知的心理學效應 11
1．6 高級感知因子 11
緻謝 12
參考文獻 12
第2章 立體3D顯示器 14
2．1 立體顯示器與區域復用 14
2．1．1 産生偏振的相位差片 14
2．1．2 處理第二幅視圖的綫柵偏振器 21
2．1．3 具有兩個LCD顯示器的立體顯示 24
2．2 聯閤區域分割復用和時間分割復用的3D顯示器 27
2．3 時序立體顯示器 33
2．3．1 采用有源相位差膜的時序顯示 33
2．3．2 采用OCB LCD的快速時序3D顯示器 35
2．3．3 采用黑色插入的時序3D顯示器 36
2．4 立體顯示的特殊方法 42
2．5 立體投影儀 50
2．6 AMOLED和AMLCD的隔行尋址、同時尋址及逐行尋址 62
2．7 相位差膜和分束器的光導校準 70
緻謝 70
參考文獻 72
第3章 自由立體顯示器 74
3．1 采用柱狀透鏡的空間復用多視圖自由立體顯示器 74
3．2 空間復用多視圖立體顯示技術與可切換柱狀透鏡 87
3．3 采用固定和可切換視差障柵的自由立體顯示器 96
3．4 時序自由立體顯示器和定嚮背光 105
3．4．1 采用特殊反射鏡或3D薄膜的時序顯示器 106
3．4．2 采用定嚮切換背光的時序顯示器 110
3．5 深度融閤的3D顯示器 117
3．6 采用光導的單視圖和多視圖3D顯示器 127
3．7 3D顯示和醫學應用的測試 130
緻謝 130
參考文獻 132
第4章 3D顯示的質量評價 134
4．1 引言與綜述 134
4．2 從給定圖像中提取質量數據 136
4．3 基於客觀測量提供視差圖或深度圖的算法 137
4．3．1 基於絕對誤差和的算法 137
4．3．2 圖像平滑和邊緣檢測 141
4．4 基於主觀測量的算法 146
4．5 KLT特徵跟蹤算法 154
4．6 2D到3D轉換的特殊方法 158
4．6．1 基於運動視差2D到3D圖像的轉換 158
4．6．2 基於靜止圖片的深度綫索從2D到3D轉換 160
4．6．3 基於灰度和亮度設置從2D到3D轉換 161
4．7 根據單視圖2D或3D原始圖像從視差圖重建3D圖像 164
4．7．1 深度圖預處理 164
4．7．2 創建左眼和右眼視圖的圖像變形 166
4．7．3 遮擋去除和空洞填充 172
4．7．4 基於深度圖像的繪製（DIBR）的特殊係統 174
緻謝 181
參考文獻 183
第5章 集成成像技術 185
5．1 集成成像技術基礎 185
5．2 深度、可視角度和3D集成圖像分辨率的增強 188
5．2．1 深度的增強 189
5．2．2 視場角的增大 193
5．2．3 分辨率的提高 195
5．3 集成攝像術 197
5．4 可轉換2D/3D集成成像技術 206
緻謝 211
參考文獻 212
第6章 3D全息顯示器 214
6．1 引言與綜述 214
6．2 記錄全息圖和原始3D圖像的重現 214
6．3 全息屏幕 223
6．4 基於傅裏葉變換的數字全息技術 225
6．5 全息激光投影儀 229
緻謝 231
參考文獻 232
第7章 體3D顯示器 233
7．1 體顯示的性質 233
7．2 訪問和激活在靜態體顯示器中的體素 234
7．3 掃描式體3D顯示器或機械式3D顯示器 241
緻謝 247
參考文獻 247
第8章 3D技術評估簡介 248
術語錶 251

前言/序言

譯 者 序

3D顯示利用兩眼視差産生3D立體逼真圖像，與2D顯示相比，3D顯示更具深度感、層次感及真實感，使觀眾通過視覺感知産生心理愉悅。3D顯示技術在機器視覺、虛擬現實與增強現實、3D TV、3D電影、3D遊戲，甚至軍事、醫療、教育及航空航天等領域具有廣闊的應用前景，正受到越來越多的科技工作者的關注，吸引瞭大批科研人員開展3D顯示技術方麵的研究。但是，我國在3D顯示技術方麵的研究相對滯後，很多專業名詞術語從國外著作中翻譯而來，3D顯示技術方麵的中文著作非常少，網絡上關於3D顯示的技術詞匯五花八門，給研究者的學習和交流造成不便和睏擾。

2015年，譯者受國傢留學基金委資助赴澳大利亞RMIT訪問學習期間，嚮電子工業齣版社提齣希望翻譯“3D displays”這本書，想法得到齣版社的大力支持。於是，我們迅速組織光學、材料科學、計算機科學及數學等專業的教授、博士組成翻譯團隊，在大傢的通力閤作下，在RMIT Henry Wu教授的大力支持下，本書的翻譯得以在短期內完成。

全書共分8章。餘宏生教授負責翻譯前言、第2章、全書圖錶及封底；王彤彤副教授負責翻譯第4章、第5章；梅軍進副教授負責翻譯第1章、第3章；王鳳博士負責翻譯第6章；楊萌副教授負責翻譯第7章、第8章；華東副教授負責翻譯術語錶及圖錶的審訂；全書由餘宏生教授統稿。

本書可作為通信工程、計算機科學與技術、信息與計算科學、應用物理等相關專業的本科或者研究生教材、參考書，也可作為3D顯示技術的研究者或者科技愛好者的參考書。

本書的翻譯在忠實於原文的前提下，專業詞匯盡量采用國內大多數研究者的習慣性錶述，由於譯者水平所限，書中難免存在不妥之處甚至錯誤，真誠希望讀者不吝賜教，批評指正；也歡迎讀者相互交流，譯者通信郵箱：yhs99981@sina.com。需要本書相關的教案和課件等學習資料的讀者可在網站www.hxedu.com.cn下載。

本書的翻譯齣版受以下項目資助：

? 國傢留學基金委2014年地方閤作項目（錄取文號：留金法[2014]5050號）

? 湖北省優秀青年科技創新團隊資助計劃項目（No：13xtz05）

? 湖北省教育廳青年項目（No：Q20123004）

? 湖北省教育廳科學研究計劃指導性項目（No：B2016273）

? 湖北理工學院青年項目（No：15xjz04Q）

序

2000年，Lueder教授為Wiley-SID顯示技術係列叢書撰寫瞭他的第一本書《液晶顯示技術》。那本書在整套叢書中銷售最好，現在已經是第2版瞭。因此，這次就3D顯示技術的主題給Ernst Lueder的新作寫序，我感到很高興。

大多數視力正常的人就具有3D知覺。我們對在我們周圍所看到的一切很熟悉，我們知道一些目標比其他目標更近；我們知道遠處的物體在穿越我們的視野時，似乎比那些離我們較近的物體移動得更慢，等等。雖然熟悉3D電影和電視的人很少，但是正在逐漸增加。然而，我們的大腦如何通過視覺刺激生成我們所熟悉的世界的三維視圖，絕大多數人對此隻有一個模糊的瞭解。當談到在顯示器上産生3D圖像時，要求更加復雜，不僅要避免由於顯示不一緻或視覺綫索誤導造成的眼睛疲勞，而且要以足夠的速度處理巨量的數據，以實現實時3D可視化。

本書開始以堅實的數學知識為基礎提齣主題。在對3D的生理感知進行概述後，詳細描述立體顯示器以及最先進的3D顯示器—自由立體顯示器。考慮到已有大量2D的相關內容，本書更多地關注從2D內容閤成到3D這個最重要的主題。接著，本書闡述質量問題，尤其注重提高3D圖像的視覺質量和減少傳輸所需帶寬的方法，特彆強調被稱為基於深度圖像的繪製方法。最後，本書描述三種類型的顯示器（集成成像顯示器、全息顯示器和體顯示器），雖然它們的發展沒有立體顯示技術和自由立體顯示技術那麼完善，但是，當視圖隨著觀眾的位置改變而變化時，能夠呈現真三維圖像，使得越近的目標越清晰，越遠的目標越模糊。這與僅提供三維錯覺相反，許多立體圖像存在這種情況。

這本書最後一章名為“3D技術評估簡介”，與其說這是猜測接下來是什麼，不如說是已經描述的技術和方法在未來的邏輯延伸。全書內容完整，都是必要的方程、插圖和參考引用。雖然這個主題很復雜，但是得到瞭清楚的闡述，這將為讀者提供良好的技術基礎，以此進一步將他們引領到激動人心的三維顯示的科學領域。

Anthony Lowe

2011年於英國Braishfield

前 言

現在平闆顯示技術和生産已經很成熟，市場需要引入3D顯示技術。本書內容涵蓋5種實現3D知覺的方法，即立體顯示技術、自由立體顯示技術、集成顯示技術、全息技術和體顯示技術。

感謝Tony Lowe博士對這本關於3D技術著作的支持，他對學術的發展趨勢的瞭解非常透徹。Dan Schott有關平闆顯示技術的齣色學識使我受益頗多，對此非常感激。Christof Zeile博士對新的顯示技術富有前瞻性的評價，據此使我注意到各種新的齣版物。非常感謝他的支持。

對排版人員齣色完成工作錶達謝意。Neil Manley主要完成索引，對此錶示由衷感謝。非常感謝Heidi Schuehle辛勤而細緻地打印手稿，Rene Troeger非常專業地完成圖錶的繪製。

Ernst Lueder

2011年10月於美國Scottsdale

引 言

目前，顯示器的設計和生産已足夠成熟，人們可以嚮市場推齣三維（3D）顯示設備。移動設備以近眼顯示方式率先采用3D顯示器，接著是傢用電視機。

本書涵蓋5種實現3D知覺的方法，即立體顯示技術、自由立體顯示技術、集成成像技術、全息顯示技術及體顯示技術。本書旨在促進對3D係統的光電效應及尋址電路的完整理解。在書中的方程式通常不是簡單地陳述，而是推導得到的；或者如果不完全這麼做，至少給齣推導的提示。用嚮量解釋全息技術的基礎就是這個概念的一個例子，本書將對其進行概述，但是也可以從電子工程或瓊斯嚮量獲取相關知識，這使得與全息圖像相關的復雜事實更容易理解。

由於立體顯示技術和自由立體顯示技術最接近商業化，本書將對其重點介紹。立體顯示器的基本組成部分是圖形化相位差膜和更小角度的綫柵偏振器。自由立體顯示器依賴於分束器、柱狀透鏡、視差障柵、光導和不同類型的3D薄膜。這些內容將在本書中做詳細介紹。

立體顯示器要求的眼鏡根據左右眼視場可以分為快門式和圓偏振式，綫偏振眼鏡存在對頭部擺動比較敏感的缺點。本書還特彆關注3D係統工作於空間復用、時間復用或二者聯閤復用時新穎快速的尋址方案。為瞭抑製串擾和模糊，首選240 Hz的幀頻，采用並行處理方法及最近發錶的交叉存取尋址方法可提高尋址速度，這個速度可以處理圖像。本書還詳細概述瞭自由立體顯示方法是如何提供物體的透視圖和側視圖。

本書為理解集成圖像（Integral Image，II）開闢瞭一條途徑，其信息收集階段類似於自由顯示技術的柱狀透鏡。采用這項技術將真實圖像和虛擬圖像放在一起，非常自然地得到具有獨創性的集成圖像投影儀的設計，該設計使觀察者可以在虛擬的顯示物體周圍漫步，從而享受真3D顯示的成果。

全息顯示器這一章引導讀者瞭解數字計算機生成全息圖的方法，目前全息圖還不能進行實時處理。體顯示器由一堆LCD組成，每一片LCD對應於特定的深度，此處圖像融閤的限製值得注意。第4章尤其著力於使平闆顯示器的設計者熟悉由計算機科學傢在3D圖像質量評價和進展方麵的工作；基於客觀和主觀判據及所選擇特徵的運動跟蹤，介紹瞭評價3D顯示特性的算法；特彆關注建立視差圖以及采用節省帶寬的“基於深度圖像的繪製”（DIBR）準備即將傳送的3D圖像，由一組單一的觀察者接收3D圖像的頭部跟蹤方法不包括在內。