【摘要】：縱觀近幾年激光顯示技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程,可以毫不夸張的用“突飛猛進(jìn)”這個(gè)詞來形容。激光顯示所具有的廣色域、高亮度、大屏幕、低功耗等出眾的優(yōu)點(diǎn),助力其躋身于下一代顯示技術(shù)的行列。然而,由于激光顯示所支持的色域范圍遠(yuǎn)大于現(xiàn)有顯示設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)色域范圍,如果用現(xiàn)有的顏色信號直接在激光顯示系統(tǒng)中進(jìn)行播放,必然會導(dǎo)致顏色的失真。因此,顏色管理是激光顯示必須要面對的議題。同時(shí),激光顯示無法回避由于激光高相干性所導(dǎo)致的散斑問題。這種呈顆粒狀的光強(qiáng)隨機(jī)分布現(xiàn)象會嚴(yán)重影響畫面質(zhì)量。如何降低散斑的影響,亦是激光顯示研究領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)話題。幸運(yùn)地是,激光散斑并非“一無是處”。激光散斑能夠攜帶光束和光束通過物體后的信息,可以被廣泛的應(yīng)用于各個(gè)測量領(lǐng)域,例如:利用激光散斑剪切干涉測量微小形變,利用散斑對比度測量表面粗糙度。在生物醫(yī)療領(lǐng)域,我們還可以通過提取激光散斑所攜帶的信息來獲取血液動力學(xué)參量,這就是激光散斑襯比成像技術(shù)。這一技術(shù)的顯著優(yōu)點(diǎn)在于全場、實(shí)時(shí)和非接觸,但其缺點(diǎn)在于只能對采集平面信息,無法實(shí)現(xiàn)立體探測。光場成像技術(shù)的出現(xiàn)猶如“雪中送炭”,通過構(gòu)建一種基于光場的激光散斑襯比成像技術(shù)方案,使得激光散斑襯比成像技術(shù)從二維進(jìn)入三維,從而實(shí)現(xiàn)景深拓展的功能,進(jìn)而有效地提高該技術(shù)的功能拓展性。本文首先介紹了激光顯示中的顏色管理和散斑抑制這兩個(gè)熱點(diǎn)議題,隨后介紹了激光散斑襯比成像技術(shù),并通過引入光場成像技術(shù),將其從二維探測領(lǐng)域拓展到三維探測領(lǐng)域。本論文的主要研究內(nèi)容概括如下:1.介紹激光顯示技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程和基本特征。概述了顏色基礎(chǔ)科學(xué)中所涉及到的顏色、色域、色坐標(biāo)及色空間等概念。解釋了光源與顏色及色域之間的對應(yīng)關(guān)系。介紹了顏色管理的定義,既有方案以及評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。重點(diǎn)研究了一種基于現(xiàn)有顏色信號模式下,從高清電視色域到超高清電視色域的顏色信號傳輸方案。該方案基于色空間的重心關(guān)系進(jìn)行顏色的映射,可以有效地降低顏色在不同色域模式下的失真,并同時(shí)充分利用了激光顯示大色域的優(yōu)勢。2.介紹激光散斑的外在表象、形成機(jī)制和評價(jià)指標(biāo)。重點(diǎn)介紹了激光散斑的抑制方案,并分別通過動態(tài)消除、靜態(tài)消除和混合消除這三個(gè)角度去解讀。詳細(xì)研究了哈達(dá)瑪相位矩陣,并提出一種基于哈達(dá)瑪相位板陣列和透鏡陣列的靜態(tài)消散斑方案。該方案以靜態(tài)的方式實(shí)現(xiàn)哈達(dá)瑪子矩陣的疊加,通過獨(dú)立散斑的疊加勻化實(shí)現(xiàn)散斑的抑制。3.介紹激光散斑襯比成像技術(shù)的基本原理、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、應(yīng)用領(lǐng)域和市場化情況。介紹了激光散斑襯比成像技術(shù)存在的優(yōu)缺點(diǎn)。重點(diǎn)研究通過原始散斑圖像得到散斑襯比圖像的實(shí)現(xiàn)方案和處理算法,并探索其應(yīng)用在立體測量領(lǐng)域的可能性。4.介紹光場成像技術(shù)的基本原理,重點(diǎn)介紹了光場相機(jī)的實(shí)現(xiàn)方案,詳細(xì)研究了光場成像的空間分辨率、深度分辨率以及兩者之間的制約關(guān)系,進(jìn)而分析光場成像技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)。著重研究一種雙光路成像的緊湊型高分辨率光場相機(jī)方案。所提方案通過將傳統(tǒng)成像光路與光場成像光路進(jìn)行整合,進(jìn)而能夠在緊湊的光路結(jié)構(gòu)下具備空間高分辨的技術(shù)特征。5.研究了一種基于光場成像的激光散斑襯比成像系統(tǒng)。傳統(tǒng)的激光散斑襯比成像技術(shù)僅能夠?qū)崿F(xiàn)二維平面信息的采集,景深比較小;通過引入光場成像技術(shù),不僅能夠?qū)崿F(xiàn)三維立體信息的采集,而且實(shí)現(xiàn)了景深拓展的功能。通過一次拍攝和算法處理,既避免了由于對焦不準(zhǔn)導(dǎo)致的圖像模糊,又避免了由于光闌限制所導(dǎo)致的景深狹小。兩種技術(shù)的結(jié)合極大地拓展了激光散斑襯比成像技術(shù)的功能冗余度。本論文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)包括:1.提出了一種基于原始色域空間和目標(biāo)色域空間的重心變化關(guān)系,實(shí)現(xiàn)從高清電視到超高清電視進(jìn)行顏色映射的顏色管理方案。該方案可以有效降低因顏色信號色域范圍的不匹配所導(dǎo)致的顏色失真。同時(shí),通過使用該方案,可以充分利用激光顯示的大色域優(yōu)勢,提高顏色的觀感度。2.提出了一種基于相位板陣列和透鏡陣列的靜態(tài)激光散斑抑制方法。通過哈達(dá)瑪相位矩陣產(chǎn)生的子矩陣,形成獨(dú)立散斑;通過透鏡陣列與積分透鏡的共同作用,實(shí)現(xiàn)獨(dú)立散斑的疊加勻化。該方案無需動態(tài)機(jī)構(gòu),非常適合于微型激光投影系統(tǒng)。相關(guān)研究成果“激光投影顯示系統(tǒng)及消散斑技術(shù)”以向他人轉(zhuǎn)讓科技成果方式,完成科技成果轉(zhuǎn)化。3.提出了一種雙光路成像的緊湊型高分辨率光場相機(jī)結(jié)構(gòu)。通過將傳統(tǒng)成像光路整合進(jìn)光場成像光路,在緊湊的光路結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)雙光路采集,從而有效地提升圖像的空間分辨率,彌補(bǔ)了光場成像技術(shù)空間分辨率不足的固有缺陷。4.提出了一種基于光場成像的激光散斑襯比成像系統(tǒng)。通過在激光散斑襯比成像技術(shù)中引入光場成像技術(shù),運(yùn)用光場成像的特性,使得激光散斑襯比成像技術(shù)從二維平面采集進(jìn)入三維立體采集。通過一次拍攝后的算法處理,可以有效地拓展激光散斑襯比成像技術(shù)的景深范圍。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN24;TN873
【圖文】：

第１章緒論自從二十世紀(jì)六十年代初第一臺紅寶石激光器的誕生［８］，將激光用于長篇章也就翻開了它的第一頁。由于激光的準(zhǔn)直性高，所以早期的激光用這一特點(diǎn)通過掃描的方式成像。受制于激光器的發(fā)展水平，早期的激氬離子激光器等氣體激光器為主。此時(shí)的激光顯示器不僅體積大、能耗壽命短、易損壞，可以說它的優(yōu)點(diǎn)完全被缺點(diǎn)所掩蓋了。然而，隨著半器和固體激光器的出現(xiàn)和成熟，本世紀(jì)初，激光顯示的發(fā)展迎來了它的”邋［９］。激光顯示技術(shù)的初始研究主力以曰本的索尼、三菱，韓國的三星、利時(shí)的巴可等國外傳統(tǒng)顯示巨頭為代表。逡逑

能覆蓋人眼可測色域的三分之一；激光光源發(fā)射的光譜為窄譜，寬度不到一納米，逡逑狹窄的光譜寬度使得色純度接近百分之一百，因而色彩分辨率極高，色域覆蓋率逡逑可達(dá)百分之九十以上［１４］。因此，如圖１．２所示，激光顯示器的色域三角形會比逡逑現(xiàn)有的顯示器的色域三角形大很多。由此激光顯示器可以帶來更為豐富飽滿的色逡逑彩表現(xiàn)以及更具沖擊力的視覺感受。逡逑０．９邋！邐＾逡逑５２０邐ＵＨＤＴＶ邐逡逑ＨＤＴＶ邋邐逡逑：逡逑ｙ。．■釅邋ｉ－逡逑。．P咆義希埃埃邋五義希緬澹襄澹埃保埃插危埃沖危埃村危埃靛危埃跺危埃峰危埃稿義希劐義賢跡保布す庀允舅С值納蛟洞笥諛殼爸髁韉囊壕允懼義希沖義

本文編號：2801935