基于多层空间光调制的高分辨光场近眼显示研究

Near eye light field display is a portable display system which meets the visual habit of human eyes without any vergence–accommodation conflict. Because of the limit information provided by the display device, the image quality of the near eye light field display is low. The aim of this project is to find new method to improve the image quality of this technology. In order to get this target, near eye light field display with high resolution and large field of view based on light field regeneration method using multilayer spatial light modulators is proposed. The main research contents of this project include multilayer high definition light field regeneration and optimization algorithms, adaptive high definition light field regeneration algorithms based on eye tracking. A prototype of near eye light field display with resolution better than 800×450 and field of view larger than 60 degrees will be set up. Moreover, the project will also try to find the image quality evaluation method of the near eye light field display and set up the test equipment. After the research, the project will improve the quality of the display image considerably, and lays a solid foundation of the application and dissemination of the near eye light field display in future.

近眼光场显示能够解决人眼的聚焦和辐辏的冲突，是一种符合人眼自然观察习惯的便携式显示技术。但目前近眼光场显示的信息量少，分辨率不高。本项目旨在探索提高近眼光场显示图像质量的新方法和新途径。为了实现这一目标，项目研究基于多层空间光调制器的高分辨大视场近眼显示，利用多层空间光调制器实现光场重构。着重研究多层空间光调制器的高分辨大视场光场数据优化算法，以及基于人眼跟踪的自适应高分辨光场显示方法，构建相应的显示装置，实现图像分辨率优于800×450以及视场角大于60度的近眼光场显示，形成该类技术的核心专利。此外还研究近眼光场显示的图像质量评价方法，构建评价检测装置。通过项目研究，提升近眼显示的图像质量，为近眼光场显示的未来应用推广打下基础。

近眼显示由于其便携性、显示尺寸大、功耗低等优点而得到广泛重视。常规的近眼显示由于只实现了左右眼的两幅视场图像显示，系统存在着聚焦与辐辏冲突，从而长期佩戴存在人眼不适问题。近眼光场显示技术的目就是要克服这一弊端。因此，研究如何实现高还原度、高分辨率、大景深、高刷新率、克服聚焦辐辏冲突和设备易于搭建的近眼光场显示具有重要意义。. 本项目主要研究基于多层空间光调制的基于人眼视觉特性的光场近眼显示技术，主要研究内容包括多层光调制的光场再现理论和算法，基于人眼分辨率分布的光场压缩和解压缩优化算法，基于时间扫描的大深度空间光调制的光场构建算法，以及多层空间光调制的显示装置构建等。. 通过项目研究，我们提出了基于液晶亚像素的光场重构优化方案，提出的新的光场采集方式使得原始光场和双层液晶屏重构光场更加一致；提出了基于人眼视觉分辨率分布不均匀特点的三维光场快速计算方法。搭建了实验原型机。结果显示该光场显示在保证人眼获取高分辨率信息的同时极大的缩减了重构的时间。. 为了实现大景深高分辨近眼光场显示，提出了双焦距双层近眼光场重构方法，并给出了该方法的最优设计。搭建了实验原型机，结果表明具有优化的系统结构参数的双焦距双层计算近眼光场方案重构的光场景深得到了明显的扩展。. 在样机构建中，我们提出光场校正方法，该方法利用双目相机机器视觉的方法获取系统中双层液晶屏的三维位姿，并根据三维位姿对光场进行自动矫正。搭建的实验原型机实现了随人眼注视点变化的光场图像再现，克服了聚焦辐辏冲突。