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NHK开发基于光场技术的新型全视差3D显示电视系统Aktina Vision

木马童年 2020-5-20 12:25 221 0

CINNO Research 产业资讯,NHK(日本东京)科学技术研究实验室,由 Hayato Watanabe 领导的一组研究人员基于光场技术开发了一种新颖的 3D 电视系统。据报道,这种电视系统显示的图像具有水平和垂直方向的视差。另外 ...

CINNO Research 产业资讯,NHK(日本东京)科学技术研究实验室,由 Hayato Watanabe 领导的一组研究人员基于光场技术开发了一种新颖的 3D 电视系统。据报道,这种电视系统显示的图像具有水平和垂直方向的视差。另外,相比较于其他基于光场技术的显示方案,这种称作 Aktina Vision(Aktina 为希腊语,意为光线)的电视系统的串扰更小。

据外媒 Display Daily 报道,该团队最近就这一新型电视系统发表了一篇名为“Aktina Vision:具有 1 亿条光线的全视差三维显示”的文章。这篇论文发表在《科学报告》第 9 卷,文章编号:17688(2019)。

在该论文中,研究人员认为现有基于光场技术的 3D 显示器,其显示图像质量还不能满足商业化应用的需求。其中一个重要问题就是高质量的图像显示需要更多的光线追迹,而现有方案中显然光线数量不足。实际上,NHK 以前就曾报道过 Aktina 系统的一些早期版本,他们承认这些版本产品的分辨率较低,这也是 NHK 后续要解决的一个关键问题。

这里先介绍一下基于光场技术的显示系统。在系统的图像拍摄方面,传统的方案使用摄像机阵列从水平和垂直两个维度拍摄场景的多视点图像。系统方案的显示器端会用到许多光学元件,这些光学元件主要用于偏移和复用光线。在此基础上,系统会进一步通过再现场景中的光线来生成 3D 图像。这些就是 Aktina Vision 光场显示系统的基本原理,下图展示了 Aktina Vision 系统的显示器端原理过程。

NHK开发基于光场技术的新型全视差3D显示电视系统Aktina Vision

Aktina Vision 基于光场技术的显示系统的基本原理

首先我们来看下用于拍摄真实、运动物体画面的拍摄端。如下图所示,研究人员开发了一个阵列,该阵列由水平方向上的 14 个摄像机和垂直方向上的 11 个摄像机组成,总共 154 个摄像机,每个摄像机的分辨率都为 1920 x 1080。

NHK开发基于光场技术的新型全视差3D显示电视系统Aktina Vision

用于拍摄场景光场信息的摄像机阵列

然后再来看下显示画面的显示端,它包括 14 台平行放置的 4K(3840×2160 像素)分辨率的投影仪。这里,每台投影仪都可以显示 25 个视点的多视角图像:5 个水平视点和 5 个垂直视点,分辨率 768×432 像素。可以计算下,14 台投影仪总共可以将 350 个视点的画面投影到 3D 屏幕上。再用视点数量乘以每个视点的分辨率,这样我们可以算出用于重建 3D 画面的光线数量超过了 100,000,000。每个视点上的图像都会在放大之后,通过成像镜头和聚光镜投影到 3D 屏幕上。

这里的关键是,设计者需要将投影仪并排放置,这样可以让不同视点对应的图像之间不会有太大的缝隙。再来看一下 Aktina Vision 显示系统 3D 屏幕的一些设计细节。该 3D 屏幕具有各向同性的扩散特性(礼帽形状),且扩散角仅 1°。这一点很重要,因为将扩散特性设计为礼帽形状而不是普通的高斯形状,可以提高空间分辨率特性,这可以进一步最小化光线对应画面间的间隙。

显然,这样可以减少串扰量。设计者在屏幕表面制作了六边形的微透镜阵列,这样可以获得所需特性。这些微透镜的尺寸为 170μm,小于投影图像的像素尺寸。透镜阵列做好后会用紫外光固化,然后再用另一种材料制成的 UV 固化树脂填充整个屏幕面,接着再进行一次紫外光固化。这些树脂材料的折射率都有不同的选择,这样可以通过材料的选择来调整光线的扩散角。

研究人员还提到了一点,那就是需要通过对每个投影机进行多视点图像的几何校正来调整所显示的 3D 图像效果。该系统的其他特性还包括:水平视角 35.1°,垂直视角 4.7°和 3D 视频帧速率 60 fps。论文最后还讨论了一些用来评估 Aktina Vision 原型系统所生成 3D 图像质量的方法。其中有一点非常重要:“用户可以欣赏到无失真的 3D 图像,而且图像质量与观看距离及观看姿势无关。”

科学技术
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